检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：赵文凯山东大学

学位级别：博士

随着电子器件小型化的不断发展,传统的硅基材料集成电路的尺寸在不断地缩小,根据著名的摩尔定律的预测,硅基器件的尺寸将进一步的缩小到1～2nm左右,这个尺寸的大小已经进入到分子和原子领域,因此能否利用单个分子来形成纳米回路中元器... 详细信息

随着电子器件小型化的不断发展,传统的硅基材料集成电路的尺寸在不断地缩小,根据著名的摩尔定律的预测,硅基器件的尺寸将进一步的缩小到1～2nm左右,这个尺寸的大小已经进入到分子和原子领域,因此能否利用单个分子来形成纳米回路中元器件的这个想法很自然的成为人们非常关注的问题。令人们感到高兴的事,单个分子确实可以小型化传统的硅基微电子器件,并且还可以表现出传统硅基器件所具有的功能。因此,我们把研究利用单个原子或者利用单个分子来构建电子回路中的功能性元件的方法叫做分子电子学。一直以来,人们都在设计寻找并且制备分子尺寸的电子器件。1959年,美国的物理学家费曼在物理学会年会上发表了著名的演讲"Plenty of Room at the Bottom ",提出了在分子和原子的尺寸上建立电子器件然后构成集成电路的想法,这个想法在当时引起了深远的影响。传统的想法是建立好宏观系统和元件,然后将他们的尺寸缩小,而费曼的想法是直接从原子尺度上来建立电子器件,最后利用这个电子器件组合成电路。相比于传统的硅基半导体材料来说,应用分子作为电子器件的元件具有许多巨大的优势,例如：①大小尺寸方面：分子的体积小(1-10nm)并且具有非常高的集成密度,在能源消耗及利用效率方面具有极大的优势；②运算速度方面：电子输运性质较好的分子线可以减小晶体管的渡越时间,减少运算时间；③组装和识别方面：可以利用特殊的分子间相互作用形成纳米尺度自组装结构。分子识别可以用来调节电子行为,提供单分子尺度上的开关和感知功能；④合成可修正性：选择不同的组合和结构就能改变分子电子输运性质；⑤具有新的功能：某些特殊种类的分子,存在不同的稳定结构或者同分异构体,这在传统固态材料中是不可能实现的。随着实验技术手段的发展,多种分子电子器件都可以制备出来,这都要归功于这些先进的设备仪器,这里我们简单的介绍几种。①扫描电子显微镜技术(STM),是目前最通用的制备原子尺度接触的方法之一。实验方法是将含有目标分子的溶液放在金属的衬底上,利用STM探头在金属衬底表面做伸缩运动,从而形成了探头、目标分子和金属衬底的三明治电极结构,从而测得电导数值。此外还有②原子力显微镜技术,③透射电镜技术(TEM)④力学可控破缺结等等。随着实验手段的发展,理论方法也在不断地创新,用来更精确的表述分子电子器件中的电荷或自旋输运问题。就目前来说,结合密度泛函理论和非平衡格林函数方法是处理分子电子输运的首选方法,并且已经广泛应用于相关的研究中,例如单分子团簇,分子线,石墨烯以及纳米管等。自从2004年,英国曼彻斯特大学的Novoselov和Geim首次在实验上分离出单层石墨烯以来,石墨烯的相关研究就受到了人们的广泛关注。也就是在这个时期,二维的平面材料成为人们研究的热点。基于单层的石墨烯,沿着两个不同的方向进行裁剪,可以得到两种不同种类的石墨烯纳米条带。通常按照边缘的样式,可以将石墨烯纳米条带区分为锯齿形石墨烯纳米条带(ZGNRs)和扶手椅形石墨烯纳米条带(AGNRs)。其中,关于ZGNRs的研究更是非常的兴盛,先前的研究人员的工作重点是研究ZGNRs的电子输运特性,并且是将ZGNRs的一部分链接到ZGNRs电极上,在这种情况下,就会忽略掉ZGNRs片段与ZGNRs电极的接触位置效应。再者,ZGNRs具有边缘态,能够在Fermi能级处产生较强的电子密度分布,这种奇特电子密度分布可能会对基于ZGNRs电子器件产生特殊的输运特性。因此基于ZGNRs的研究的非常重要的。人们在研究sp2杂化的石墨烯的同时,也在不断地探索具有不同杂化形式新的碳的同素异形体。由于石墨炔具有独特的sp2和sp杂化特性,近几年石墨炔方面的研究同样受到广泛关注,Hirsch认为对石墨炔研究的新时代即将到来。尽管科学家在有关石墨炔结构、合成、特性等方面开展了许多研究工作,但是有关石墨炔体系电子输运性质方面的研究却鲜有报道。由于石墨炔中组成π电子的碳原子轨道成份不同,导致以往关于石墨烯结构的电子输运性质的结论不能完全适用于石墨炔体系。因此,研究石墨炔体系的电子输运性质,探索适用于研究sp2和sp杂化体系的电子输运机制的理论具有非常重要的理论和应用价值。本论文中的三个工作就是基于石墨烯和石墨炔这两种材料展开研究的。1. ZGNRs电极与石墨一炔子结构的电子输运特性考虑到石墨一炔结构中包含sp2和sp两种不同的杂化模式,它的电子输运特性以及相关的物理机制问题研究的较少,因此探索适用于研究sp2和sp杂化体系的电子输运机制的理论具有非常重要的理论和应用价值。考虑到电极与中心分子的接触电阻问题,我们选取了ZGNRs作为电极,这是由于它们都是二维的平面材料,并且ZGNRs具有边缘态,能够在Fermi能级处产生较强的电子密度分布,这种奇特电子密度分布可能会对基于ZGNRs电子器件产

关键词：石墨烯石墨炔电子输运密度泛函理论非平衡格林函数

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单层石墨自旋输运性质研究

单层石墨自旋输运性质研究

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作者：田宏玉东南大学

学位级别：博士

自从2004年单层石墨在实验室成功制备出来后，由于它特殊的电子能带结构和新奇的物理性质引起人们极大的研究兴趣。石墨烯具有较弱的自旋轨道耦合和超精细相互作用使得它具有较长的自旋弛豫长度，是自旋电子器件的理想载体。本论文主要... 详细信息

自从2004年单层石墨在实验室成功制备出来后，由于它特殊的电子能带结构和新奇的物理性质引起人们极大的研究兴趣。石墨烯具有较弱的自旋轨道耦合和超精细相互作用使得它具有较长的自旋弛豫长度，是自旋电子器件的理想载体。本论文主要从理论上研究基于单层石墨自旋输运性质包括自旋注入、操控和探测三个方面，同时也研究了三层石墨的量子霍尔效应。\n 首先，基于单层石墨中狄拉克电子光学性质，我们构建了铁磁性/正常石墨(FG/NG)隧道结研究电子从FG进入NG的自旋注入效率。通过数值计算我们发现，通过在界面附近挖孔可以使从点电源入射的一支自旋电子在界面上发生全反射效应，其隧穿过程受到抑制，而另一支相反自旋电子由于发生负折射效应甚至还能在正常石墨区域聚焦。因此，不仅仅在聚焦点，在整个正常石墨区域都可以得到很高的自旋注入效率。\n 接下来我们研究了石墨烯中的自旋调控。首先我们研究了正常/铁磁性/正常锯齿形石墨带(NG/FG/NG)中的自旋极化输运和量子开关效应。我们发现，对于NG/FG/NG隧道结，只有一个量子通道参与输运时，可以通过调控费米能只让一支自旋电子通过隧道结，很好地实现了自旋对电导调控。对于NG/FG/NG/FG/NG隧道结，我们发现当两个铁磁性石墨带的磁化取向平行时，电子可以通过隧道结，反平行时则不能通过，可以通过改变两个铁磁性石墨带的磁化角度来快速调控它的开和关状态。在磁化/正常石墨(MG/NG)隧道结界面上我们发现了自旋轨道耦合导致的横向电流，它是由于存在自旋交换场而在界而上出现的自旋霍尔流转化而来。我们的分析表明，只存在内禀自旋轨道耦合的时候，虚模式对横向电流起主导作用，而且磁化强度方向垂直于石墨平面会产生最大的横向电流;当存在Rashba自旋轨道耦合作用时，实模式对界面横向电流有主要贡献，磁化强度垂直于界而时能产生最大横向电流。\n 随后，根据偶数条链锯齿形石墨带只有零能模式参与输运时所具有的奇特的谷间选择定则，我们提出一种方案探测偶数条链锯齿形石墨带中的自旋流。由于电子的赝宇称性质，这导致价带和导带不可能同时在同一个能量而输运电子，所以当有自旋流流经这样的系统时，自旋流会发生空间的分离，分别流向不同的电极，所以会在空间出现可测量的自旋极化电流或电势，从而实现了对自旋流的探测。这样的方法中，我们不需要任何磁场或自旋轨道耦合作用，非常有利于测量自旋流，而不影响其本身。\n 最后，我们用Kubo公式研究了无序对ABA和ABC两种构型三层石墨中整数量子霍尔效应(IQHE)的影响。对于干净的样品，ABA和ABC两种三层石墨IQHE表现出相同的量子化规律，在带心出现反常量子霍尔平台σxy=ve2/h(v=±6，±10，±14，…)，而在带边出现了正常量子霍尔平台。存在无序的时候，霍尔平台变得模糊不清，并且随着无序增加较高平台首先被破坏，然而，与ABC构型三层石墨相比ABA构型三层石墨的霍尔平台更容易被破坏。随着无序增加，霍尔平台对应的径向电导最小值变窄，而且ABC构型的电导谷比ABA构型的要稳定。我们的研究表明，存在无序的时候，ABC结构中具有三次曲线色散关系的l=3手征性准粒子比ABA结构中l=1和l=2手征性准粒子更稳定。

关键词：石墨烯非平衡格林函数自旋极化输运量子开关效应自旋流效应内禀自旋轨道耦合自旋注入效率

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碳基纳米结构电子输运性质的第一性原理研究

碳基纳米结构电子输运性质的第一性原理研究

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作者：王瑞宁中国科学院研究生院

学位级别：博士

本论文采用基于密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的第一性原理方法，从电子结构的角度分析讨论了碳二聚体结构、碳基“哑铃”纳米结构以及碳纳米管异质结三种不同碳基纳米结构的电子输运行为，并对呈现出的丰富物理现象给予了合理的... 详细信息

本论文采用基于密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的第一性原理方法，从电子结构的角度分析讨论了碳二聚体结构、碳基“哑铃”纳米结构以及碳纳米管异质结三种不同碳基纳米结构的电子输运行为，并对呈现出的丰富物理现象给予了合理的解释，提供了碳基纳米复合结构电子器件的设计方案。主要的研究成果如下:\n 在分子电子结构体系中，通过单个分子的电流大小，不仅取决于分子本身的电子结构，而且在很大程度上也取决于分子与金属电极之间的接触细节。我们研究了以C2二聚体为基本骨架的三种线性分子结构:C2H2、C2Cu2和C2S2。其中，C2H2和C2Cu2为实验上早已制备合成的分子，而S原子则是分子电子学实验中测量通过单个分子电流大小时通常采用的一类耦合原子。我们发现C2H2分子表现出完全的绝缘态特征，它几乎是不导电的，这主要是因为H原子相当于一个很大的势垒，阻止了电子从一个电极流向另一个电极。而S原子能够与Au电极表面原子形成共价键，保证了C2分子与Au电极之间有很强的耦合，使得C2S2相比于其它两种分子有最大的电流通过。而C2Cu2分子的导电性能介于C2H2和C2S2两类分子之间，因此金属型Cu原子不是最好的分子器件连接原子。\n 其次，我们利用两个C60分子连接在一条碳原子链的两端，设计了一种碳基复合纳米结构，即C60—Cn—C60。从C60—Cn—C60纳米结构形状看上去类似一个哑铃，我们称之为碳基“哑铃”纳米结构。当碳基“哑铃”纳米结构耦合在两个Au纳米电极之间，形成类“三明治”两端电子器件时，碳基“哑铃”纳米结构表现出完全不同于单独碳原子链直接耦合在两个金属电极之间的行为。此处，碳基“哑铃”纳米结构的平衡电导会随着中间碳原子链长度的奇偶变化而剧烈地改变，表现出类金属-半导体的振荡。奇数碳原子链构成的碳基“哑铃”纳米复合结构表现出非常良好的导电性，具有金属性。而偶数碳原子链构成的碳基“哑铃”纳米复合结构却呈现出半导体行为。并且碳基“哑铃”纳米复合结构平衡电导的奇偶振荡幅度不会随着中间碳原子链中原子数目的增加而减小。碳基“哑铃”纳米复合结构平衡电导奇偶振荡行为的物理原因一方面来自于碳原子链本征的电子结构，另一方面则源于耦合在碳原子链两端的C60分子对Au金属纳米电极的屏蔽效应。这个工作也进一步从理论上证实了C60分子可以作为一个很好的连接分子，在分子器件中用于耦合单个分子和金属电极。\n 最后，我们利用两个不同手性特征的小管径金属碳纳米管CNT(3，3)与CNT(6，0)，设计构建了碳纳米管异质结CNT(3，3)—CNT(6，0)—CNT(3，3)。我们利用第一性原理方法研究了CNT(3，3)—CNT(6，0)—CNT(3，3)异质结的电子输运行为，发现其电子输运行为完全不同于大管径金属碳纳米管构成的异质结，如:CNT(6，6)—CNT(12，0)。大管径碳纳米管异质结由于体系对称性破缺而呈现出半导体行为，而CNT(3，3)—CNT(6，0)—CNT(3，3)异质结透射谱随着中间CNT(6，0)的长度增加逐渐在费米能级附近形成了一个透射峰。由于小管径金属碳纳米管具有较大曲率，其π*和σ*轨道形成杂化所导致CNT(3，3)—CNT(6，0)—CNT(3，3)异质结具有良好的导电性能。我们进一步通过分子吸附或替代原子掺杂调控CNT(3，3)—CNT(6，0)—CNT(3，3)异质结的输运行为。当分子吸附或替代原子掺杂在界面处时，CNT(3，3)—CNT(6，0)—CNT(3，3)异质结的透射谱几乎不变而分子吸附或替代原子掺杂在其它位置时导致异质结的导电能力下降。这个工作表明小管径金属性纳米管构建的CNT(3，3)—CNT(6，0)—CNT(3，3)异质结能够用为分子电子器件或分子传感器。

关键词：密度泛函理论非平衡格林函数分子电子学碳基纳米结构电子输运性质第一性原理

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第五主族基二维电子材料的设计与输运特性的理论研究

第五主族基二维电子材料的设计与输运特性的理论研究

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作者：周文瀚南京理工大学

学位级别：博士

自从2004年石墨烯首次发现以来,二维材料一直受到广泛的关注。近年来,二维材料处于飞速的发展过程中,凭借超薄的厚度、平整的表面和良好的柔韧性,吸引了研究者们极大的研究兴趣。然而,石墨烯受制于零带隙,在电子器件领域的应用存在挑战... 详细信息

自从2004年石墨烯首次发现以来,二维材料一直受到广泛的关注。近年来,二维材料处于飞速的发展过程中,凭借超薄的厚度、平整的表面和良好的柔韧性,吸引了研究者们极大的研究兴趣。然而,石墨烯受制于零带隙,在电子器件领域的应用存在挑战。二维二硫化钼尽管具有较好的稳定性以及合适的带隙值,但是其较低的载流子迁移率,使其在高性能电子器件中难以展现竞争力。此外,二维黑磷、硒化铟等由于在空气中的稳定性较差,在实际应用中其本征物性会发生严重的退化。因此,设计和探索新型二维电子材料,实现在高性能、低功耗电子器件中的应用成为关键挑战。为此,本论文从新材料的设计探索与物性调控,到器件的性能评估与结构优化,开展了系统的研究工作:（1）层数诱导的高迁移率二维SnSb2Te4电子态重新杂化探究。设计了一种具有高迁移率和优异光吸收系数的新型二维SnSb2Te4半导体材料,发现了其与经典二维材料Mo S2的电子性质层数依赖变化规律相反的电子性质演变规律。通过探究SnSb2Te4层间电荷积聚和电子态重新杂化,揭示了双层SnSb2Te4具有更强的光收集能力、更高的迁移率和更大的光电流的物理原因。结合多种方法验证了二维SnSb2Te4稳定性和实验制备的可行性,展现了它在未来的红外电子和光电器件中良好的发展前景和应用价值。（2）二维BX（X=N,P,As,Sb）横向异质结能级水平调控的理论研究。基于成键轨道理论,设计了一种新型横向异质结（BN）_n（BX）_n（X=P,As,Sb）,探究了其有趣的电子能带结构,并揭示了异质结边界的类型对电子结构的显著影响。通过研究异质结中化学键长度、强度与轨道重叠作用强度等性质,揭示了异质结电子性质的演变趋势,包括能带偏移,带隙以及能级状态。相关的研究结果提供了一种新的策略,从化学的视角设计新型异质结构,并应用到未来材料的高通量设计中。（3）第五主族烯二维衍生物材料窄沟道器件的输运特性研究。通过密度泛函理论与非平衡格林函数结合的方法,研究了第五主族二维衍生物As P和Bi N的输运性质。通过模拟亚10 nm的双栅场效应晶体管器件,展现了它们良好的输运特性,并与经典二维晶体管器件对比,揭示了有竞争力的性能表现。此外,结合电子性质的分析,探究了材料载流子有效质量与器件量子输运的内在关联。表明As P和Bi N的亚10 nm晶体管均能够满足ITRS标准的要求。相关的研究结果表明,二维As P和Bi N材料十分有希望应用于纳米尺度的电子器件中。（4）高开态电流的二维BP隧穿场效应晶体管（TFET）的器件结构调控策略。以二维磷化硼（BP）为模型,通过引入多种不同的器件结构并结合大量的性能测试比较,提出一种TFET器件结构设计策略,揭示了各种结构内在的隧穿机制,调控了TFET中的载流子隧穿概率,显著提升了TFET的开态电流,从而满足其在高性能器件中应用的需求。在结构优化策略指导下的BP基TFET的各项器件性能指标均能满足ITRS对高性能器件的性能要求。这里提出的器件结构策略有望实现TFET在后摩尔时代高性能器件中的应用。

关键词：密度泛函理论非平衡格林函数二维材料电子性质输运特性

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低维介观费米和玻色体系中的量子输运

低维介观费米和玻色体系中的量子输运

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作者：王建明山西大学

学位级别：博士

本文用散射矩阵方法和非平衡格林函数方法研究了量子点和原子量子点中的量子输运问题。主要内容有：用散射矩阵方法，对非线性区域的热电传输进行了理论研究。运用Landauer-Buttiker公式数值计算了一个一维双势垒结构在有限的温度梯度... 详细信息

本文用散射矩阵方法和非平衡格林函数方法研究了量子点和原子量子点中的量子输运问题。主要内容有：用散射矩阵方法，对非线性区域的热电传输进行了理论研究。运用Landauer-Buttiker公式数值计算了一个一维双势垒结构在有限的温度梯度下的热电导和热电势。得到了热电势随化学势的震荡行为。并且发现热电势是可正可负的并且震荡行为与电导的震荡行为相关联。而热电导却永远是正的，这也印证了热能总是从高温端传到低温端。在化学势变化的过程中，非线性热电导存在一个平台式的结构行为。我们运用非格林函数方法对有双量子点组成的双组分AB干涉仪中的电子传输进行了仔细的研究。研究了两子AB环的磁通和，磁通差以及量子点点间耦合强度等参数对体系的透射率和电流的影响。我们发现了此装置透射率的AB振荡周期和量子环中磁通的整数量子数比率ζR／ζL=n之间的关系：（|n|+1）π。特别的是我们在反平行AB干涉仪中发现了一种依赖于总磁通量子数为奇数或偶数的AB振荡的奇偶效应，并且通过量子力学波函数的方法进行了验证。同时还发现了磁通差也可以导致Fano效应的产生，接着用两分子态的局域态密度演示了这一结果产生的原因。我们们设计了一个约瑟夫森原子量子点装置来控制约瑟夫森效应和量子传输，并且运用有凝聚相的Bose系统的非平衡格林函数对体系进行了数值分析。本装置有一个原子量子点和两个BEC库通过Raman转变耦合而成。我们的结果表明随着Rabi频率的增加透射率的共振峰变宽，然而由于原子量子点中存在较强的碰撞相互作用致使库中的相互作用参数对装置中量子隧穿的影响基本可以忽略。当Raman失谐在接近共振能级的过程中约瑟夫森流达到最大值并且出现一个π位相的偏移。本装置可以在现有的实验条件下实现并且可以把它扩展到一个原子点列，比如超流量子干涉仪，去研究更多可能得到的新现象。

关键词：量子点原子量子点散射矩阵方法非平衡格林函数量子输运

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类石墨烯二维材料及其纳米带的物理力学性能研究

类石墨烯二维材料及其纳米带的物理力学性能研究

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作者：吴文志南京航空航天大学

学位级别：博士

低维纳米材料因为其诸多奇异的性质和在未来纳米器件中潜在的应用受到了科技界的普遍关注。由于量子限制效应的存在,低维纳米材料具有与块体材料迥异的物理性质、化学性质和稳定性能,展示出一般宏观材料难以具备的功能。尽管对这些低维... 详细信息

低维纳米材料因为其诸多奇异的性质和在未来纳米器件中潜在的应用受到了科技界的普遍关注。由于量子限制效应的存在,低维纳米材料具有与块体材料迥异的物理性质、化学性质和稳定性能,展示出一般宏观材料难以具备的功能。尽管对这些低维纳米材料基态性质的研究日新月异,纳米材料独特的力-电-磁耦合性质和外场调控研究还处于相对初步的阶段。本文基于第一性原理的密度泛函理论,结合非平衡的格林函数方法,对石墨炔、氧化铍等类石墨烯二维材料及其一维纳米带和锯齿型石墨烯纳米带的性质进行了系统的物理力学研究。通过对这类低维纳米材料施加电场等外加物理场,我们深入研究了它们的结构、电性、磁性和输运性质的变化,得到了丰富的力-电-磁耦合规律。主要内容归纳如下:(1)石墨炔及其纳米带本征的电子输运性质研究:石墨炔,同石墨烯类似,为碳的二维同素异形体,其结构中包含了碳碳双键C=C和碳碳三键C≡C,有着与石墨烯类似的奇异的电子性质。尽管石墨炔及其纳米带的电子、光学和力学性质被广泛研究,但是对其电子输运性质的研究却十分缺乏。通过第一性原理的密度泛函理论计算,结合非平衡的格林函数方法,我们系统地研究了四种石墨炔结构(α-graphyne、β-graphyne、γ-graphyne和6,6,12-graphyne)及其纳米带(Gy NR:α-Gy NR、β-Gy NR、γ-Gy NR和6,6,12-Gy NR)的本征电子输运性质。在这四种二维石墨炔结构中,6,6,12-graphyne呈现显著的各向异性的输运性质。在所有的一维Gy NR中,扶手椅型Gy NR为非磁性半导体,而锯齿型Gy NR为非磁性半导体或者反铁磁半导体。在扶手椅型Gy NR中,α-Gy NR和6,6,12-Gy NR显示明显的负微分电阻(NDR)效应。而锯齿型α-Gy NR和锯齿型6,6,12-Gy NR展现对称性依赖的输运性质,即非对称的条带展现导体状的线性电流—电压(I–Vb)特性,而对称性的条带在一定的偏压范围内电流非常微弱,这是由于费米面附近出现了输运带隙。该对称性依赖的输运性质源于不同对称性的结构中π*和π子带之间存在不同的耦合作用。不同于α-Gy NR和6,6,12-Gy NR,锯齿型β-Gy NR和锯齿型γ-Gy NR展现负微分电阻效应。(2)新型的类石墨烯材料——二维六方Be O片及其一维纳米带的电、磁性质研究:随着具有优异性质的石墨烯的发现,诸如氮化硼、金属硫族化合物、过渡金属氧化物等二维层状材料重新激发起人们的研究兴趣。通过第一性原理的计算,我们理论预测了一种新型的类石墨烯材料——二维六方Be O单层,并详细研究了二维Be O片及其一维纳米带的结构稳定性、电子和磁性质。计算表明,不同于半导体的石墨烯纳米带(GNR)和绝缘的氮化硼纳米带(BNNR),所有的锯齿型Be O纳米带(Z-Be O NR)为反铁磁的金属,不论边缘是否钝化。边缘H钝化的Z-Be O NR的极化的电子自旋来自于较弱的Be-H键中未成对的电子,而边缘裸露的Z-Be O NR的极化电子自旋来自于边缘O原子的2p态。相反,所有扶手椅型Be O纳米带(A-Be O NR)为非磁性半导体,不论边缘是否钝化。特别地,由于奇特的边缘局域效应,所有边缘裸露的A-Be O NR的带隙基本为一常数。所有A-Be O NR的带隙能被外加横向电场有效降低,甚至电场强度达到某一临界值后,带隙能被关闭,实现带隙关闭所需要的临界电场强度值随着条带的宽度增加而降低,这就为A-Be O NR的实际应用提供了可能。稳定性分析表明,条带宽度相同时,边缘裸露的Be O NR比边缘H钝化的Be O NR稳定性高。边缘裸露的A-Be O NR在所有的条带中稳定性最高。(3)边缘存在凸起台阶的锯齿型石墨烯纳米带的电、磁性质调控研究:由于独特的电子性质和丰富的由边缘态导致的磁性,锯齿型石墨烯纳米带是近年来研究进展最为迅速的一种材料。以前的研究主要关注于边缘平整的锯齿型石墨烯纳米带(ZGNR)。然而在制备和实际应用中,经常观察到其边缘结构比较粗糙,一般存在着5～10?的边缘凸起台阶。我们通过系统的第一性原理计算,研究了边缘存在周期性凸起台阶的锯齿型石墨烯纳米带(ZS-GNR)的电子性质和磁性质。计算表明,ZS-GNR的电子性质和磁性质由凸起台阶的长度和两相邻台阶间的距离这两个因素决定。当凸起台阶长度较小时,随着凸起台阶之间距离的增大,体系经历非磁性半导体—金属—磁性半导体的转变。特别地,随着凸起台阶长度的增加,带隙首先减小到零,然后逐渐增大,而边缘原子磁矩迅速增大。当台阶长度超过临界值后,不论两相邻台阶之间的距离多少,ZS-GNR均为磁性半导体。计算结果还表明,施加横向电场可以增大非磁性ZS-GNR的带隙,这主要是因为外加电场破坏了能带的简并。而这种外加电场导致的带隙变化

关键词：石墨烯纳米带氧化铍石墨炔第一性原理计算密度泛函理论非平衡格林函数电子性质磁性输运性质

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纳米管异质结电子输运特性研究

纳米管异质结电子输运特性研究

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作者：刘红霞西安电子科技大学

学位级别：博士

纳米管异质结在纳米电子器件中具有较好的应用前景,而纳米管异质结的电子输运特性是其应用的基础,对其进行研究,不仅具有重要的理论意义,而且具有重要的实用价值,也是当前国内外重视的研究领域。论文采用结合密度泛函理论的非平衡格林... 详细信息

纳米管异质结在纳米电子器件中具有较好的应用前景,而纳米管异质结的电子输运特性是其应用的基础,对其进行研究,不仅具有重要的理论意义,而且具有重要的实用价值,也是当前国内外重视的研究领域。论文采用结合密度泛函理论的非平衡格林函数法,分别对碳/掺氮碳纳米管异质结、碳/碳化硅纳米管异质结和碳/氮化硼纳米管异质结的电子输运特性进行了研究,主要的结论如下: 1.碳/掺氮碳纳米管异质结电子输运特性研究碳/掺氮碳纳米管异质结的结构和电子输运特性是该异质结的相关研究的理论基础。本文研究中,首先,建立了(8, 0)碳/掺氮碳纳米管异质结的模型,对该模型进行结构优化的结果显示,在掺氮碳纳米管侧,掺杂氮原子所在碳环的直径有所增大,这与已制备的掺氮碳纳米管呈现“竹节状”是一致的。然后,计算分析了异质结的电子输运特性,结果表明,孤立纳米管异质结的伏安特性有较高的对称性,正负偏压下的开启电压均为1.0 V;耦合于金电极异质结的伏安特性与孤立的不同,在负偏压下伏安特性曲线呈现了较明显的线性关系,正偏压下的伏安特性曲线可分成0.0 V到+0.6 V、+0.6 V到+1.2 V和+1.2 V到+2.0 V三部分,在这三个偏压区间内伏安特性都接近为线性,但是第二个偏压区间内电流的增长速度要小于其它两部分。 2.碳/碳化硅纳米管异质结电子输运特性研究碳纳米管和碳化硅纳米管是研究较深入的两种纳米管材料,而碳/碳化硅纳米管异质结的结构和电子输运特性是值得研究的领域。本文在这种异质结的研究中,建立了(8, 0)碳/碳化硅纳米管异质结的模型,并对其进行了结构优化,结果可见,异质结的重构主要分布在异质结的界面,碳/碳化硅纳米管界面两侧的第四层原子之外的结构变化可以忽略。孤立和耦合于金电极的碳/碳化硅纳米管异质结的电子输运特性研究表明:孤立异质结导带底和价带顶位于异质结的碳纳米管侧,异质结在正负偏压下的开启电压分别为+1.8 V和-2.2 V;耦合于金电极异质结的伏安特性出现了微分负阻效应,微分负阻效应是偏压引起轨道局域性变化的结果。 3.碳/氮化硼纳米管异质结电子输运特性研究碳/氮化硼纳米管异质结是有望制备成功的纳米管异质结,在对其进行的研究中,本文建立了(8, 0)碳/氮化硼纳米管异质结的模型,采用第一性原理计算对该异质结进行了结构优化,优化的结果显示,异质结结构的变化较小,这是由于这两种纳米管的结构具有较高相似性的结果。在结构优化的基础上,对该异质结的电子输运特性进行了研究。研究结果表明,孤立异质结的导带底和价带顶位于碳纳米管侧,异质结具有整流特性;当异质结耦合于金电极后,其电子输运特性发生了显著变化,在正负偏压下都出现了微分负阻效应,该效应是偏压导致异质结分子轨道局域性变化的结果。本文对纳米管异质结结构的研究对于其制备工作的开展具有一定的意义,而对纳米管异质结电子输运特性的研究对其相关电子器件的建模与设计工作具有较高的参考价值。

关键词：碳纳米管碳化硅纳米管氮化硼纳米管异质结电子输运特性密度泛函理论非平衡格林函数

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马约拉纳费米子链的输运——Andreev反射

引用

山西大学学报(自然科学版) 2015年第4期38卷 657-662页

作者：夏俊杰谢卫东李佳阳裴森李爱仙中国工程物理研究院研究生部惠州学院电子科学系中国科学技术大学近代物理系北京应用物理与计算数学研究所北京大学物理学院

采用非平衡格林函数理论,研究了马约拉纳费米子链的Andreev反射行为。数值结果表明,Andreev反射电导具有振荡带的特征,零电压电导率同链上马约拉纳费米子的宇称有严格的对应关系。我们给出了Andreev反射谱上共振点与反共振点同链上马约... 详细信息

采用非平衡格林函数理论,研究了马约拉纳费米子链的Andreev反射行为。数值结果表明,Andreev反射电导具有振荡带的特征,零电压电导率同链上马约拉纳费米子的宇称有严格的对应关系。我们给出了Andreev反射谱上共振点与反共振点同链上马约拉纳费米子数目的宇称之间的关系。

关键词：马约拉纳费米子 Andreev反射非平衡格林函数

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含氧官能团对石墨烯纳米条带电子输运性质的调制效应

含氧官能团对石墨烯纳米条带电子输运性质的调制效应

引用

作者：张春小湘潭大学

学位级别：博士

本文结合密度泛函理论与非平衡格林函数方法，系统研究了氧化对一维碳纳米管和石墨烯纳米条带电子输运性质的调制效应，同时研究了在金属电极条件下石墨烯纳米条带的电子输运性质。我们的研究为一维碳纳米材料在纳米器件中的应用提供了... 详细信息

本文结合密度泛函理论与非平衡格林函数方法，系统研究了氧化对一维碳纳米管和石墨烯纳米条带电子输运性质的调制效应，同时研究了在金属电极条件下石墨烯纳米条带的电子输运性质。我们的研究为一维碳纳米材料在纳米器件中的应用提供了理论基础，本论文的主要结论包括：（1）研究了(10，0)单壁碳纳米管（SWCNT）的本征缺陷与氧分子（O2）耦合形成的缺陷复合体对纳米管电子结构和电子输运的调制效应。结果表明，缺陷复合体能够部分的修复空位引起的电子态局域，但是增强了Stone-Wales缺陷造成的电子态局域。因此，氧化提高了空位缺陷SWCNT的传输电导，但是压制了Stone-Wales缺陷SWCNT的传输电导。我们的研究还表明缺陷复合体几乎不影响纳米管的传输带隙和开启电压;（2）我们研究了边缘氧化对锯齿型石墨烯纳米条带（ZGNRs）电子输运的调制效应。研究中我们考虑了两种含氧官能团C=O（ZGNR-CO）和C-O-C（ZGNR-C2O）。我们发现：在透明电极条件下两种含氧官能团都能提高ZGNRs的传输电导。但是，在金电极的情况下，与Au|ZGNR-H|Au相比Au|ZGNR-CO|Au的电子传输得到增强而Au|ZGNR-C2O|Au的电子传输受到抑制。这是因为在Au|ZGNR-CO|Au系统中，边缘氧化不但保持了原有边缘C原子上的传输通道而且引入了新的有效传输通道，从而带来传输增益。而Au|ZGNR-C2O|Au在费米能级附近的电子态局域在纳米带上，阻断了电子传输通道，压制了器件的电输运;（3）研究了氧化对金电极与ZGNRs形成的器件结的电子输运的影响。我们发现因为在结处形成了肖特基势垒，所以Au/ZGNRs表现出典型的二极管整流特征。尽管结氧化对肖特基势垒的影响很小，但是结氧化影响了ZGNRs与Au电极间的耦合所以调控了器件结的I-V特性;（4）我们研究了局部应变对边缘ZGNRs电子传输的调制。结果表明:局部应对ZGNR-H的电子传输的影响非常微弱，但对边缘氧修饰的ZGNRs（ZGNR-CO和ZGNR-C2O）的电子输运的影响非常明显。由于局部应变很难扰动ZGNR-CO费米能级附近的电子态，所以相比于ZGNR-H，ZGNR-CO在局部应变条件下增强了电子传输;但是ZGNR-C2O随局部应变的增强电子传输逐渐被抑制，这是由于C-O-C使得费米能级附近的电子态离域在整个纳米带上，而局部应变造成了此电子态的局域从而阻断电子通道;（5）我们提出了通过羧基（OH）链表面修饰调制ZGNRs电子输运的方案。OH链修饰于ZGNRs上下表面形成的石墨烯纳米带氧化物（ZGNR-mOH，m表示被OH链修饰的碳链条数）。羧基链修饰能够有效的调制ZGNRs的电子结构及电子输运特性。在特征体系9ZGNRs中，当m≤4时9ZGNR-mOH表现出金属特性，这其中当m=3时，系统在费米能级附近出现6G0的传输平台。但是当m>4时，9ZGNR-mOH转变为半导体特性。特别是9ZGNR-7OH和9ZGNR-8OH表现为n型半导体。ZGNR-mOH的电子输运性质依赖于边缘态及界面态。当未被修饰的碳区域的宽度小于3条碳链时，派尔斯畸变引起了金属-半导体转变。

关键词：锯齿型石墨烯纳米条带单壁碳纳米管含氧官能团密度泛函理论非平衡格林函数

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低维量子系统的半金属性和热电输运性质的研究

低维量子系统的半金属性和热电输运性质的研究

引用

作者：熊伦华中科技大学

学位级别：博士

半金属磁体因为具有完全的自旋极化率而被认为是未来自旋电子器件的有效自旋极化电子注入源。它是制备自旋电子学器件重要的备选材料。量子点热电输运性质的研究是热电领域的一个热点,其原因就在于它们可能实现较高的热电转换效率,在新... 详细信息

半金属磁体因为具有完全的自旋极化率而被认为是未来自旋电子器件的有效自旋极化电子注入源。它是制备自旋电子学器件重要的备选材料。量子点热电输运性质的研究是热电领域的一个热点,其原因就在于它们可能实现较高的热电转换效率,在新一代热电转换器件中有潜在应用。本文主要运用第一性原理方法和非平衡格林函数法,分别对低维的多元合金的表面和界面的半金属性和量子点耦合链热输运性质进行了计算研究。得到以下主要结果： 1、对二元闪锌矿结构半金属合金CrSe的表面以及CrSe/ZnSe超晶格的研究表明,在(110)面和以Cr或Se为端面的(001)面都保持了类似块材CrSe的半金属性。相比于块材而言,在(001)面的原子磁矩增大了很多,而在(110)面却变化不大。原因是因为在(001)面Cr-Se的化学键发生了断裂,而在(110)面得到了保持。进一步通过对这三个表面的表面能的研究,发现以Se为端面的(001)面比(110)面和以Cr为端面的(001)面稳定,这为CrSe半金属薄膜的制备提供了理论参考。此外,CrSe/ZnSe(001)超晶格具有很好的半金属性,其半金属隙比相应块材CrSe的半金属隙略小。 2、通过对十二个四元霍伊斯勒合金CoFeTiZ和CoFeVZ (Z=Al, Ga, Si, Ge, As, Sb)电子结构和磁性的计算,我们发现只有CoFeTiSi、CoFeTiAs和CoFeVSb是具有相当大带隙的半金属铁磁体,其带隙分别为0.31、0.18和0.17eV。CoFeTiAl和CoFeTiGa是传统半导体,其它合金为近半金属或半金属带隙几乎为零。此外,半金属CoFeTiSi、 CoFeTiAs和CoFeVSb在适当的均匀应变和平面扭曲的情况下,依然保持了较好的半金属性。我们也发现,CoFeVSb的半金属性在VSb为端面的(001)表面得到了保持,而在CoFe为端面的(001)表面遭到了破坏。 3、利用非平衡格林函数法研究了侧向耦合连接的双量子点链的热电效应,包括塞贝克系数、热导率和品质因子。研究发现量子上电子能量不一致和系统结构参量出现涨落时,系统的热电性质,包括热能系数S、热导系数K和热电效率ZT等被减弱；同时,研究发现量子点内电子的库仑相互作用导致了塞贝克系数S不对称双峰结构的分裂,从热传导率谱线可以明显看出,一个非常强的不符合Wiedemann-Franze定律的现象发生,导致了品质因子的巨大增强,这些研究成果为设计具有较大的热电效率的介观系统提供了理论依据。

关键词：密度泛函理论非平衡格林函数半金属材料双量子点耦合链热电输运

来源：评论

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