检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：姜悦南京邮电大学

学位级别：博士

相比于基于电子电荷的传统电子器件,利用电子的自旋自由度作为信息载体的自旋电子器件可以实现更快的响应速度、更低的能耗和更高的集成密度,这些优势促进了自旋电子学的蓬勃发展。自旋流的产生是自旋电子学研究中最重要的问题之一。磁... 详细信息

相比于基于电子电荷的传统电子器件,利用电子的自旋自由度作为信息载体的自旋电子器件可以实现更快的响应速度、更低的能耗和更高的集成密度,这些优势促进了自旋电子学的蓬勃发展。自旋流的产生是自旋电子学研究中最重要的问题之一。磁性材料因其独特的电子结构性质,能提供自旋极化的载流子,在自旋流的产生中扮演着举足轻重的角色。利用磁性材料的自旋塞贝克效应等热自旋输运效应可以高效地制造自旋流。近年来,新的二维材料层出不穷,其在电子自旋方面被报道了大量卓越的性质,为自旋电子学器件提供了理想的新平台,因而探索和调控新型低维结构的电子自旋相关性质具有非凡的意义。为此,本论文以Cr I3、石墨醚、钒二硫族化合物等新型二维材料及其衍生结构为研究对象,使用密度泛函与非平衡格林函数相结合的方法,系统地研究了这些体系的磁性、电子结构性质和热自旋输运性质,分析了性质背后的物理机理,并探索了其调控途径。本文的主要研究内容如下。（1）研究了反平行堆叠的双层Cr I3的层间磁耦合。发现了两种由堆叠序决定的磁性相,并计算了两种磁性相的电子结构性质。基于差分电荷密度的计算结果,用超交换理论对两种磁性相不同的层间磁耦合机制进行了分析和解释,并实现了电子掺杂等手段对体系层间磁性的有效调控。本工作可为基于二维磁性材料的异质结和自旋电子器件的设计提供理论支持。（2）研究了基于新型二维材料石墨醚构建的扶手椅边缘纳米带和锯齿边缘纳米带的电子结构性质。发现扶手椅边缘的石墨醚纳米带为无磁性半导体,对称性在其能带结构中起关键作用,晶体结构的奇偶对称性不同可以导致间接带隙到直接带隙的转变;而锯齿边缘的石墨醚纳米带则具有铁磁性,可用于产生完全自旋极化的电流。对石墨醚纳米带的研究将有助于相关材料的能带工程和自旋阀器件的设计。（3）通过构建边缘缺陷,设计了基于磁性石墨醚纳米带的自旋热电器件,在温度梯度之下可以诱导出鲁棒的自旋塞贝克效应,产生相当纯净的自旋流。分析了背后的物理机理,发现可归因于对称的自旋相关透射谱,并对器件的自旋热电性能进行了计算和分析。研究结果证实了磁性石墨醚热自旋器件具有出色的自旋热电性能,包括相当大的自旋塞贝克系数和相当高的自旋热电优值。本工作为利用自旋塞贝克效应产生纯自旋流提供了一种新材料平台,并对基于低维结构的自旋热电器件的设计提供了理论指导。（4）研究了三种具有本征磁性的钒二硫族化合物的单层结构,发现三种结构的自旋输运性质都具有各向异性。基于这些结构分别构建了扶手椅型和锯齿型热自旋器件,并对其热自旋输运性质进行了探讨。证实了所有的六种器件都可以用于产生完全自旋极化的电流,解释了它们不同的热自旋输运性质背后的机理,并探索和比较了它们的热自旋转化能力。研究结果表明钒二硫族化合物可以作为自旋热电子学中极具潜力的候选材料。

关键词：纳米结构密度泛函理论非平衡格林函数层间磁性自旋极化输运自旋塞贝克效应

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从分子导线到分子整流——电子传递路径模型

从分子导线到分子整流——电子传递路径模型

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作者：刘洪梅南京大学

学位级别：博士

本论文详细讨论了金属-分子-金属纳米结中的电子输运问题，利用密度泛函理论(DFT)结合非平衡格林函数(NEGF)方法研究了有机分子电子传递。其中，利用DFT理论来描述体系的电子结构，而使用NEGF方法可以处理体系的电子输运性质。通过对线... 详细信息

本论文详细讨论了金属-分子-金属纳米结中的电子输运问题，利用密度泛函理论(DFT)结合非平衡格林函数(NEGF)方法研究了有机分子电子传递。其中，利用DFT理论来描述体系的电子结构，而使用NEGF方法可以处理体系的电子输运性质。通过对线性共轭分子、环状共轭分子的研究，我们提出了分子电子传递路径的模型，进一步的研究发现分子的电导不仅依赖于分子长度，而且与电子传递路径密切相关。基于对电子传递路径的认识，我们设计并研究了一系列的分子整流器，揭示了分子整流的一个普适规律，即改变电子传递路径可以实现分子整流。本论文主要包括以下几部分内容:\n 1.首先我们研究了线性共轭分子的电子输运，对比了共轭分子结中分子与电极连接方式及分子内部连接方式对电子传递的影响。对于并苯系列的分子，分子与电极采取反式(trans-)和顺式(cis-)连接两种方式。两种连接情况下，虽然并苯分子长度相似，但是由于不同的电子传递路径，电导有显著差别，trans-连接的分子电导是cis-连接的并苯分子的5-110倍。另一方面，对于联苯系列的分子，当分子与电极连接的位置相同时，虽然分子中两个苯环之间连接有差异，但是分子的电导非常相似，多个C-C键连接对分子电导贡献很小。这些结果说明了同一个问题，即在线性共轭分子中，分子中C-C单键和C=C双键交替的结构是有效电子传递路径。由于trans-和cis-连接的并苯分子具有不同的电子传递路径，因此电导有显著差别。而联苯系列的电子传递路径相同，因此具有相似的电导。\n 基于对线性共轭分子电子传递特点的认识，我们进一步研究了环状共轭分子的电子输运。通过研究双原子气体分子(CO、NO和O2)对铁(Ⅱ)卟啉(FeP)和锰(Ⅱ)卟啉(MnP)电子传递的影响，证实了电子传递路径模型同样适用于环状共轭分子。研究结果表明，在水平连接的金属卟啉中电子传递只经过卟啉环，而不经过中心的金属离子。但是在对角连接的金属卟啉中，电子传递经过中心的金属离子。分子-电极连接方式的不同导致电子经过不同的通道。当气体分子吸附到对角连接的金属卟啉上，金属离子的电荷密度降低，电流信号减弱。对角连接的FeP和MnP分别对CO和NO分子的响应最强。这表明我们可以通过电流信号的变化，检测吸附的气体分子。\n 2.接下来我们研究了分子电导与长度的关系。通过对不同长度的分子电导的分析，我们发现一般情况下分子电导随长度的增加呈指数衰减，电子传递遵循隧穿机理。所研究分子的隧穿系数β在0.73到0.036(A)-1之间，其中饱和烷烃的β值最大，而共轭全反式聚乙炔的β值最小。另一方面，由于分子能隙与电子传递的势垒密切相关，我们发现β与分子能隙存在定量关系。分子在无穷链长时的能隙(Eg)∞=0.35 eV是一个分界线。当共轭分子的能隙小于0.35 eV时，分子电导可能与长度无关。\n 由于分子电子传递不仅与长度有关，而且取决于电子传递路径，我们进一步研究了共轭分子电导随长度的变化与电子传递路径的关系。我们设计了两种类型的分子，即具有单个和多个电子通道的分子。我们发现单个电子通道的共轭分子，例如聚噻吩、聚苯等，分子的电导随长度的增加而指数降低，电子传递遵循隧穿机理。但是，对于具有多个电子通道的共轭分子，其电导随长度的增加衰减缓慢，例如低聚卟啉、低聚镁(Ⅱ)卟啉和并噻吩。而并苯分子的电导随长度的增加首先降低，后来又渐渐升高。这类共轭分子中，长程电子传递不属于隧穿机制。通过对两类分子电导的研究，我们得出分子电导随长度的变化不仅取决于分子能隙，而且与电子传递路径密切相关，导致分子电子传递的多样化。\n 3.基于对分子电子传递的认识，我们通过对路径修饰的方法设计了一系列分子整流器。首先通过对路径修饰的方法在共轭分子上取代功能基团。对分子导线（寡居苯乙炔撑）进行修饰，例如供电子基团-NH2和吸电子基团-NO2，分子中间通过C=C或C≡C连接，构成D-π-A类型的分子结。结果表明修饰的功能基团对电子输运的影响较小，D-π-A分子在正负偏压下的电流-电压曲线不对称，但是整流效应微弱。增加供电子和吸电子基团的数目，即增强边缘修饰的程度，整流效应略有提高，整流比在研究的偏压范围内达到2。说明不改变分子电子传递路径，只对共轭分子进行边缘修饰，对电子输运的影响较小。\n 另一方面，在取代功能基团的基础上，我们提出了通过化学反应（即质子转移）调控分子结的电子输运。在共轭分子上取代供电子基团-NH2和吸电子基团-COOH，构成D-π-A结构的分子整流器。结果进一步证实了修饰的功能基团对电子输运的影响较小，中性分子的整流效应微弱。但是当分子结内伴随化学反应时，即分子内发生质子转移，-COOH上的质子转移到-NH2以后，两性离子表现出整流现象。分子的整流比在研究的偏压范围内达到6，电

关键词：分子电子学密度泛函理论非平衡格林函数输运性质电荷密度

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硅碳纳米材料的电子输运及调控

硅碳纳米材料的电子输运及调控

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作者：王勇山东大学

学位级别：博士

低维纳米电子器件的物理性能非常独特,近些年来受到了研究人员的高度关注。电子器件的低能耗、小型化、高敏感性以及高速度,是电子器件开发利用的发展趋势。由于具有有序结构的一维纳米结构(线、棒、管、纳米带)或一维半导体纳米阵列,... 详细信息

低维纳米电子器件的物理性能非常独特,近些年来受到了研究人员的高度关注。电子器件的低能耗、小型化、高敏感性以及高速度,是电子器件开发利用的发展趋势。由于具有有序结构的一维纳米结构(线、棒、管、纳米带)或一维半导体纳米阵列,有利于载流子定向传输,使电子和空穴的分离效率和传输效率大大提高,所以成为制备下一代纳米光电器件的基础材料。虽然人们对低维纳米电子器件的研究已经取得了巨大的成功,但是关于其性质研究和制作工艺等方面还有很多问题没有彻底解决,所以纳米电子器件的发展和应用都还需要大量的研究和改进。该论文主要利用分子动力学模拟和基于扩展休克尔理论的非平衡格林函数的计算方法,研究了扶手椅和之字型碳纳米管中封装硅纳米线及掺杂硅纳米线结构,揭示了碳纳米管中的超细硅纳米线的结构变化及掺杂对硅纳米线的电子输运性质的影响,证实了硅纳米线含有掺杂原子时具有场效应晶体管性质以及单向导通性,分析了掺杂原子的作用机理;对门电极电压的调控影响的研究,为制作超细纳米线电子器件提供了理论依据,对深入理解硅基低维纳米材料的电子输运机制有重要的理论意义。论文最后分析了水分子吸附石墨烯对石墨烯电导的影响,探讨了利用石墨烯探测水分子吸附性的可行性及原理,该结果对于设计石墨烯传感器具有重要的理论指导意义。本论文主要研究内容及结果如下:(1)研究了 6种扶手椅和之字型碳纳米管中封装Si纳米线结构的演变,计算并得到了其伏安曲线、电导随外加偏压变化曲线及其结构的态密度图,讨论了银、铜、金和铝掺杂Si纳米线结构的电子传输特性,分析了硅-银、硅-铜、硅-金和硅-铝合金纳米线的电导谱。发现随着碳纳米管半径的增加,纳米线的结构从单原子链转变成了螺旋形和多重共轴圆柱,Si纳米线的结构不会随着碳纳米管手性(从Armchair转换为Zigzag)的改变而发生变化;硅纳米线的结构在传输特性上起到了很重要的作用,在(11,11)碳纳米管中形成的纳米线具有最好的传导率;硅-银,硅-铜,硅-金,硅-铝合金纳米线的电导率降低了,即掺杂金属原子不会提高半导体纳米线的电导率。(2)对锗、氯、氮掺杂硅纳米线中的不同结构的电子性质进行了研究,理论分析了掺杂对纳米线电子器件电子输运性质的影响。发现当掺杂原子在硅纳米线中集聚时,表现出更为剧烈的负微分电阻效应;另外还发现掺杂硅纳米线的电流峰值受掺杂原子的种类的影响;掺杂原子的分布对纳米线电子器件的电流电压曲线影响很大。透射率谱很好地解释了在低的源漏电压下门电压对纳米线电子器件的调控作用,说明了门电极能够有效地控制器件的开关并对电流有很好的调控作用。(3)研究了石墨烯吸附水分子对石墨烯带隙、电导和电子输运性质的影响。结果发现:吸附水分子的石墨烯的电子输运性质与水分子有序度之间存在线性关系,利用该关系可以用来探测吸附在石墨烯表面的水分子的有序度;当水分子有序吸附在石墨烯表面时,该体系具有最低的电导,相反,没有吸附水分子的石墨烯表现出最高的电导。该发现对于设计石墨烯传感器具有重要的理论指导意义。本论文的研究对深入理解低维硅碳纳米材料中的电子输运性质具有重要意义,为研发超细硅碳纳米线晶体管、设计高性能分子器件及设计开发单原子层纳米器件提供了理论指导。

关键词：超细硅纳米线石墨烯替代原子电子输运非平衡格林函数

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耦合多量子点干涉仪系统电输运理论研究

耦合多量子点干涉仪系统电输运理论研究

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作者：白继元哈尔滨工程大学

学位级别：博士

如何调控半导体量子点系统电输运一直是电子科技领域中具有广阔应用前景的研究课题。半导体量子点通常在单电子静电计、静态存储器元件、量子信息科学、量子计算等方面得以应用。与单量子点系统相比,耦合多量子点系统具有更多可调参数,... 详细信息

如何调控半导体量子点系统电输运一直是电子科技领域中具有广阔应用前景的研究课题。半导体量子点通常在单电子静电计、静态存储器元件、量子信息科学、量子计算等方面得以应用。与单量子点系统相比,耦合多量子点系统具有更多可调参数,可以更加容易地控制系统电荷输运、自旋极化输运和热电输运等。耦合多量子点可被用作集成量子芯片的基础电子元器件,而耦合多量子点系统电输运和热电转换的研究,则为设计与制备新型量子功能器件提供必要的理论支撑。本文利用Keldysh非平衡格林函数建立Dyson方程的方法,结合Langreth定理对几种不同构型的耦合多量子点干涉仪系统电荷输运、光子辅助电输运、自旋输运及热电输运进行理论研究。首先,在平行双量子点干涉仪结构基础上侧向悬挂一个量子点,设计成非对称三量子点干涉仪光子辅助电输运模型。通过调节量子点间耦合强度、含时外场的振幅和频率可以控制系统的平均电流峰值的大小和位置,实现介观器件的整流功能。对含时外场振幅的调控可实现系统平均电流峰与谷之间的转换。调节量子点-电极之间耦合强度的非对称性参数,能够使平均电流主峰与旁带峰更加易于区分,有助于确定系统能级的分立。其次,为使介观量子器件中的自旋极化电流得到更加有效地控制,设计了在Aharonov-Bhom干涉仪两臂中分别嵌入“T-型三量子点分子”模型,研究了该量子器件中光子辅助电荷及自旋输运特性。当有横向磁通穿过系统时,可观察到平均电流的Aharonov-Bhom效应。通过调节Rashba自旋-轨道耦合强度,可以在整个量子点能级区域内实现纯自旋向上(向下)的极化传输。在对称含时外场作用中,通过调节直流偏压、磁通和Rashba自旋-轨道耦合相位因子,自旋极化的大小和方向都可以有效地控制。在系统中施加时间调制的非对称外场能够实现多光子-电子泵功能。再次,设计并研究了“线型双量子点分子”Aharonov-Bohm干涉仪光子辅助电输运和“线型三量子点分子”Aharonov-Bohm干涉仪电输运。在“线型双量子点分子”Aharonov-Bohm干涉仪的研究中,调节量子点间耦合强度或磁通可以诱导电导共振峰发生劈裂。控制横向磁通的有无,可实现电导共振峰数值在0与1之间的相互转换,这为制造量子开关提供了一个新的物理解决方案。借助磁通和Rashba自旋-轨道相互作用,该系统可实现自旋过滤。对于“线型三量子点分子”Aharonov-Bohm干涉仪,当两个“线型三量子点分子”内点间耦合强度的数值差较小时,在电导谱中可以观察到Fano反共振峰。通过调节系统结构参数,可同时形成两个束缚态。随着磁通量相位因子在)0(-π范围内的增加,系统电导反共振点逐渐演变成反共振带。研究结果为“线型耦合多量子点分子链”嵌入Aharonov-Bohm干涉仪系统电输运的进一步研究提供了新的认知。最后,为提升介观量子器件的热电转换性能,在平行耦合双量子点基础上对称侧向悬挂单量子点。由于对称侧向悬挂量子点的耦合作用,在低温条件下电导谱和热导谱均产生了双Fano共振,这在很大程度上增强了系统热电转换性能。由于局域双极化效应与Fano效应的共同作用,该系统比平行耦合双量子点系统的热电优值提高一倍,基于此该系统可用于设计高效热电转换的量子器件。在相对高温条件下,通过调整量子点-电极耦合强度和量子点能级,可以实现系统热电优值的优化。总之,本文设计并研究了几种典型耦合多量子点干涉仪的电子输运、光子辅助电输运、自旋极化输运和热电输运。阐明了系统结构参数的调节可实现对电导、平均电流、自旋极化电流和热电参量的有效控制。这些典型耦合多量子点干涉仪系统对于实验来说结构并不复杂,对欧姆接触电极进行设计之后便可在实验中实现。本文的结论期望有助于自旋量子器件和热电转换量子器件的设计与研发。

关键词：非平衡格林函数量子点光子辅助隧穿 Fano效应热电输运

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聚乙烯单链拉伸应变下的量子热输运

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分子科学学报 2018年第5期34卷 366-371页

作者：吴宇邓明森孙光宇刘文江蔡绍洪贵州师范学院物理与电子科学学院应用物理研究所贵州贵阳550018 贵州大学大数据与信息工程学院贵州贵阳550025 贵州师范学院贵州省纳米材料模拟与计算重点实验室贵州贵阳550018 贵州财经大学贵州省经济系统仿真重点实验室贵州贵阳550025

在室温下,聚乙烯纳米纤维拉伸后的热导率可比聚乙烯块体的热导率提高几十到数百倍.为了相对准确地考察该现象的微观机制,根据聚合物高分子链拉伸应变后系带分子形变的微观特征,从量子力学出发,在密度泛函理论（DFT）计算的基础上,用非... 详细信息

在室温下,聚乙烯纳米纤维拉伸后的热导率可比聚乙烯块体的热导率提高几十到数百倍.为了相对准确地考察该现象的微观机制,根据聚合物高分子链拉伸应变后系带分子形变的微观特征,从量子力学出发,在密度泛函理论（DFT）计算的基础上,用非平衡格林函数（NEGF）方法,对聚乙烯单链拉伸前、后的声子透射谱、热导及热导率进行了比较,讨论了聚乙烯单链拉伸应变下热输运性能变化的规律.计算表明：聚乙烯单链导热性能随拉伸应变的增加而单调减少.分析了先前分子动力学（MD）方法在计算模型上的不足之处,并对实验现象做出了合理解释.这对澄清高分子聚合物拉伸后热物理性能提升的微观机制有着积极的意义.

关键词：聚乙烯单链拉伸应变量子热输运非平衡格林函数

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锯齿形石墨烯纳米条带热电性质的研究

锯齿形石墨烯纳米条带热电性质的研究

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作者：冯丙阳浙江大学

学位级别：硕士

随着新材料的研发和纳米技术的发展,器件尺寸的纳米化已成为了材料科学家的研究重点。由于介观体系中的尺寸和量子效应,纳米器件中的新材料展现出新颖的电学、热学和热电性质。这些奇异的性质吸引了越来越多实验和理论工作者的关注,使... 详细信息

随着新材料的研发和纳米技术的发展,器件尺寸的纳米化已成为了材料科学家的研究重点。由于介观体系中的尺寸和量子效应,纳米器件中的新材料展现出新颖的电学、热学和热电性质。这些奇异的性质吸引了越来越多实验和理论工作者的关注,使得相应的材料具有潜在的应用价值。本文运用Landauer—Buttiker输运理论与非平衡格林函数的方法,研究了石墨烯的热电性质,获得了一些有意义的结果。首先,我们运用格林函数方法,研究了锯齿形石墨纳米带中的声子热输运性质。计算结果表明,随着温度的升高,声子热导增大,最终趋于一个常数。改变锯齿形石墨烯纳米带宽度,热导也会增加。这个结果表明调制锯齿形石墨纳米带的带宽能用来调控热导。然后,根据Landauer—Buttiker公式,我们研究了石墨烯纳米带的电子输运性质。结果表明当锯齿形石墨烯纳米条带宽度增加时,电子电导和电子热导增加；当锯齿形石墨烯纳米带增长时,电子电导和电子热导不变；当温度升高时,电子电导不变,而电子热导增加。在上述工作的基础上,我们进一步研究了石墨烯纳米带的热电性质。结果表明增加锯齿形石墨烯纳米条带宽度,热电优值ZT均下降；升高温度时,热电优值ZT会相应地提高；增加锯齿形石墨烯纳米条带长度时,热电优值ZT不变。这些结果表明调制锯齿形石墨烯纳米条带的宽度和温度能有效地改善石墨纳米带的热电性能。

关键词：量子输运非平衡格林函数石墨烯纳米条带热学性质电学性质热电性质

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环形量子点系统中Fano峰的分裂

环形量子点系统中Fano峰的分裂

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作者：赵怀灵渤海大学

学位级别：硕士

在凝聚态和材料物理学中，自旋电子学是近年来受人们关注的研究方向。随着自旋电子学理论和实验工作的发展，一些磁性器件的快速化、小型化也加快了前进的步伐，同时这些磁性器件也具有了更高的储存性能和灵敏度。自旋电子学的基础研究... 详细信息

在凝聚态和材料物理学中，自旋电子学是近年来受人们关注的研究方向。随着自旋电子学理论和实验工作的发展，一些磁性器件的快速化、小型化也加快了前进的步伐，同时这些磁性器件也具有了更高的储存性能和灵敏度。自旋电子学的基础研究具有相当丰富的物理内涵，在器件的设计方面有明确的目标，市场前景非常广阔。近些年，Fano共振在自旋相关的输运现象受到人们很大的关注，Fano共振一般指电导或局域态密度谱中的非对称峰，它是由于量子点中的离散能级与引线中的连续能谱相互作用产生的，并且已经在近来的实验上观察到Fano共振[36,38-40]。该论文中主要应用非平衡格林函数方法研究环形量子点系统中Fano峰的分裂。依次介绍了自旋电子学的兴起和研究进展，也叙述了量子点以和如何制备量子点的方法以及Fano效应等相关的知识。并较为详细的介绍了非平衡格林函数理论，介绍了三个主要的方程以及使用非平衡格林函数方法如何求解电流、电导。接下来的也是该文的主要工作，在前人的大量工作中，均未考虑电子间库仑相互作用，更没有人研究两种库仑作用同时存在对Fano效应及在并联双量子点结构中研究电流[56-58]，第三章就是在前人工作基础上进一步研究在双量子点环形结构中，点内和点间两种库仑相互作用对Fano效应的联合影响。介绍了双量子点环中由于库仑作用引起的Fano共振峰分裂，通过理论分析和数值计算，介绍了点内和点间库仑作用在双量子点环中研究Fano共振过程中的影响，得到了有意义的结论。在得到的图像中清晰的看出由于点间库仑作用的存在对Fano峰分裂的影响第四章进行总结，并且对自旋电子学的发展给出一些展望。

关键词：环形量子点系统 Fano峰分裂库仑相互作用非平衡格林函数

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新型低维纳米材料的电子输运调控及其气敏器件设计

新型低维纳米材料的电子输运调控及其气敏器件设计

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作者：董先声江西理工大学

学位级别：硕士

在后摩尔时代,现有的微电子加工工艺已接近发展的极限,随着器件尺寸不断微型化,传统的硅材料由于量子隧穿效应严重影响了晶体管性能。近年来,原子级厚度的二维材料凭借其丰富的物性与超薄特性在半导体与器件材料领域表现出如自旋分离、... 详细信息

在后摩尔时代,现有的微电子加工工艺已接近发展的极限,随着器件尺寸不断微型化,传统的硅材料由于量子隧穿效应严重影响了晶体管性能。近年来,原子级厚度的二维材料凭借其丰富的物性与超薄特性在半导体与器件材料领域表现出如自旋分离、各向异性输运、负微分电阻曲线和整流效应等众多新奇物理现象,为构筑高性能器件提供了新的发展方向和设计思路。本论文采用密度泛函理论结合非平衡格林函数的第一性原理计算方法,基于几类带隙可调、电子迁移速度快、动力学稳定性与工艺兼容性良好的目标二维材料,致力于低维纳米器件的输运性能计算,以及考虑分子与界面间的电子耦合并进一步设计应用于精密环境下的高性能气体传感器,研究内容及结论分为以下部分:（1）低维氮化镓（Ga N）及其纳米衍生物是微电子器件未来发展的重要材料之一。二维双层Ga N纳米片的五种堆垛结构中AA-NN（Ga Ga）构型最为稳定,且堆垛排列不会改变双层Ga N的间接带隙。基于双层Ga N构筑的一维纳米器件呈现出类似于并联电路的基尔霍夫电流叠加规律,扶手椅型边界纳米带器件表现出宽度效应,即纳米条带的带宽对器件的电流-电压曲线和输运性能产生极大的影响。（2）电输运计算中常常需要考虑材料表面缺陷的影响,二碲化钨（WTe2）是一种具有优良电磁可调性能的材料。通过空位缺陷,2H-VW从半导体转变为半金属,而2H-VTe和2H-V2Te则从直接带隙转变为间接带隙。此外,WTe2中的W或Te原子分别被Al,B,C,Co,Fe,N,P,Si原子取代。尽管这些掺杂原子在Td相中没有引起任何自旋极化现象,但是除第Ⅳ主族外的所有2H相掺杂体系均表现出自旋极化现象并转变为磁性半导体。（3）本征g-C4N3/Mo S2范德瓦尔斯异质结的电子性质展示了铁磁半金属性和对气体分子优异的吸附能力,二维g-C4N3/Mo S2基纳米器件具有接近100%自旋滤波率、负微分电阻效应等新奇电子输运现象和完美单自旋传导行为。此外,g-C4N3/Mo S2在偏压窗口下表现出方向依赖性和明显的输运各向异性行为,而基于g-C4N3/Mo S2的气体传感器对化学吸附型的CO、NO、NO2和NH3分子更敏感,最大气体灵敏度可达6.45。（4）二维Janus材料Pd2P2Se X（X=O,S,Te）结晶成具有五边形褶皱形状的正交晶格,通过声子谱验证了其稳定性并且在考虑自旋轨道耦合后呈现出0.56,1.02,0.84 e V的间接带隙。基于Pd2P2Se X构筑的PIN器件具有明显的门控特性,在双轴应变调控下其中心散射区的带隙减小,二维器件的电流密度大幅度增强,实现电路的开关效应且开关比达到1.44×10～8。此外,Pd2P2Se X基PIN结器件散射区与NO和NO2发生界面吸附的电子耦合作用而实现半导体到金属特性的转变,特别是Pd2P2Se O对NO的恢复时间为49.01秒,而Pd2P2Se S对NO的恢复时间为23.80秒,可分别有效检测NO和NO2气体分子。

关键词：范德瓦尔斯异质结过渡金属硫化物第一性原理密度泛函理论非平衡格林函数

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耦合量子点系统电子输运性质的研究

耦合量子点系统电子输运性质的研究

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作者：刘清智河北科技大学

学位级别：硕士

自上世纪八十年代，随着人们对小尺度构型中的由于量子相干性所引起的物理问题的研究深入，逐渐形成了一门新的物理学分支——介观物理。相关的研究促使量子器件制备技术日益提高。而且量子器件也显示出非常广阔的科学技术应用前景。因... 详细信息

自上世纪八十年代，随着人们对小尺度构型中的由于量子相干性所引起的物理问题的研究深入，逐渐形成了一门新的物理学分支——介观物理。相关的研究促使量子器件制备技术日益提高。而且量子器件也显示出非常广阔的科学技术应用前景。因而对介观系统的研究激起了国内外众多研究小组的广大兴趣。对介观系统的研究包括很多方面，诸如介观系统的光学性质、输运性质、平衡性质、能谱结构等。介观系统外接导线研究电子输运性质是其中研究课题之一。由于量子点形状，尺寸以及量子点间的相互耦合系数都可以控制。因此对它的研究有很大的使用价值。作为一个研究热门，引起了物理学工作者热情关注。人们对许多的模型进行了研究。本文所研究模型的中间区域是由六个量子点组成的量子环。我们分别计算了介观环中有一个量子点与导线耦合和由两个量子点与两端导线耦合的情况，通过对它的研究得出一些有意义的结果。本文第二章介绍了格林函数的基本知识和基本应用，对本论文研究所用理论做了着重介绍。第三章研究了零温情况下介观环中只有一个量子点与两端导线有耦合时的电子的输运性质。首先给出了与两端导线耦合的量子点的能级大小对系统电导的关系。发现系统电导对耦合的量子点能级具有明显的依赖关系。接着给出了随量子点的取值数目的不同系统电导随电子能量的变化曲线。随着量子点能级ε的取值个数的减少，峰值也随之减少。如果介观环中的量子点有n个不同的能级取值，则就会有n1个峰值，这是由于量子点系统能级的简并性给出的，其峰值宽度与量子点和导线之间的耦合有关。随着ε的取值个数的减少,峰值横坐标右移，即峰值向能量小的方向移动，表明量子点之间，以及量子点与导线的耦合，导致了中间区域能级的下降。第四章中研究了零温情况下介观环中有两个相邻量子点与两端导线耦合时的电子输运性质。给出了随量子点的取值数目的不同系统的电导随电子能量的变化曲线。当量子点能级逐渐变为与第一个量子点能级一样时， σ-ω曲线的变化除了最左边的峰值先变小后变大，其规律同单一量子点与导线耦合情况大致相同，包括电导随量子点的取值数目的不同，峰值数量的变化、峰值向右移动以及峰宽的变窄等。但是当量子点能级逐渐变为与第二个量子点能级一样时， σ-ω曲线的变化与前面不同的是最左边的电导峰值一直变大，且其横坐标一直向低能量方向左移，而其余的峰值横坐标右移。这表明中间区域对应的这一能级上升，而其余的几个离散能级向高能方向变化。

关键词：介观物理耦合量子点电子输运非平衡格林函数运动方程

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过渡金属硫化物纳米结磁阻研究

过渡金属硫化物纳米结磁阻研究

引用

作者：严坤哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

制备小尺度、低功耗的新型器件是集成电路设计的核心问题,例如芯片、晶体管的设计等。利用电子的自旋自由度作为逻辑门具有诱人的前景,研究自旋相关的电子输运问题是一个热门的领域。本文从第一性原理出发,结合非平衡格林函数输运方法... 详细信息

制备小尺度、低功耗的新型器件是集成电路设计的核心问题,例如芯片、晶体管的设计等。利用电子的自旋自由度作为逻辑门具有诱人的前景,研究自旋相关的电子输运问题是一个热门的领域。本文从第一性原理出发,结合非平衡格林函数输运方法较为系统地研究了基于过渡金属硫化物(Transition Metal Dichalcogenides,TMD)的纳米结的电子自旋输运性质。我们建立了自旋阀器件Fe/MoS/Fe、Ni/WSe/Ni,讨论了接触方式对电子传输性质的影响。我们还研究了异质结MoS/WSe的输运性质,得到了反常的透射谱分布。通过进一步分析,我们指出这种反常可能是由Ni原子与Se原子以及S原子电子态耦合情况不同所造成。我们的研究结果表明,可以通过改变TMD材料与电极接触的方式来调控器件的磁阻大小。我们还讨论了中间区大小对输运性质的影响。计算表明,随着中间WSe层数的增加,Ni/WSe/Ni磁阻基本不变。导致这种情况的原因可以归结为:界面相互作用诱导的间隔层磁矩随着层数的增加趋向于一个稳定值。我们的计算表明,间隔层磁矩的大小对磁阻大小起着决定性作用。最后,我们研究了以VSe为铁磁电极的异质结(VSe/WSe/VSe)。通过计算,预测了三种大磁阻结构,其磁阻量级高达10%～10%。如此大的磁阻出现可归因于在磁化方向反平行配置时上、下自旋电子的动量不匹配——这导致了几乎完美的自旋过滤。进一步分析VSe的电子结构,我们发现在电子传输过程中起决定作用的主要是V原子的(9、(92、(92轨道电子。我们的工作对实验上外延生长异质结的叠放顺序具有指导意义,也为开发基于二维磁性范德瓦尔斯材料的新型自旋电子器件提供了理论指导。

关键词：自旋阀磁阻非平衡格林函数 MoS2 WSe2 VSe2

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