本文關(guān)鍵詞： 熱自旋電子學(xué) 碳化硅納米帶 非平衡格林函數(shù)方法 第一性原理 密度泛函理論 熱自旋過(guò)濾效應(yīng) 熱致負(fù)微分電阻效應(yīng) 自旋塞貝克效應(yīng) 硅烯 自旋塞貝克二極管效應(yīng)　出處：《華中科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：基于自旋電子學(xué)及熱電子學(xué)相結(jié)合的熱自旋電子學(xué)在未來(lái)的的信息科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用,為未來(lái)開(kāi)發(fā)出多功能材料和器件,特別是未來(lái)熱電轉(zhuǎn)換和低能耗器件的設(shè)計(jì)指明了新的方向,打破了傳統(tǒng)電子學(xué)和自旋電子學(xué)的局限。本文采用基于密度泛函理論并結(jié)合非平衡態(tài)格林函數(shù)的方法,分別研究了鋸齒型碳化硅及低翹曲結(jié)構(gòu)硅烯納米帶構(gòu)建的異質(zhì)結(jié)器件的熱自旋電流輸運(yùn)性質(zhì),具體開(kāi)展了如下兩個(gè)方面的工作:(1)我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)基于鋸齒型邊緣碳化硅納米帶異質(zhì)結(jié)的兩極器件,并研究了其溫度差誘導(dǎo)的熱自旋電流輸運(yùn)性質(zhì)。該器件是由左電極的硅原子邊緣用兩個(gè)氫原子鈍化和碳原子邊緣用一個(gè)氫原子鈍化,同時(shí)右電極的硅原子和碳原子邊緣都用一個(gè)氫原子鈍化,異質(zhì)結(jié)的寬度由四個(gè)原子組成。通過(guò)計(jì)算它的熱自旋電流輸運(yùn)的結(jié)果顯示:熱自旋極化電流隨溫度及溫差變化曲線在超過(guò)一定的溫度,大約300K處,它的熱自旋向下的電流急劇增長(zhǎng),同時(shí)它的熱自旋向上的電流幾乎為零,表現(xiàn)了由溫差誘導(dǎo)的完美的自旋過(guò)濾效應(yīng)和效率極高的溫控自旋開(kāi)關(guān)效應(yīng)。除此之外,熱自旋電流隨溫度變化曲線還表現(xiàn)出熱致負(fù)微分電阻效應(yīng)并伴隨有量子震蕩現(xiàn)象。因此,我們預(yù)測(cè)鋸齒型碳化硅納米帶可以用來(lái)設(shè)計(jì)出具有多功能的熱激發(fā)自旋電子學(xué)器件。(2)我們構(gòu)造了硅烯納米帶(N-ZSiNRs)異質(zhì)結(jié)器件,研究了鋸齒型邊緣硅烯納米帶的熱自旋輸運(yùn)性質(zhì)。我們同樣構(gòu)造了一款左半無(wú)限長(zhǎng)硅烯納米帶單邊用一個(gè)氫原子鈍化,右半無(wú)限長(zhǎng)雙邊緣都由一個(gè)氫原子鈍化的異質(zhì)結(jié)。首先研究了(4-ZSi NR-H)/(4-ZSiNR-H2)器件的熱電輸運(yùn),研究結(jié)果表明通過(guò)源極和漏極間溫差的調(diào)控,該器件的熱自旋電流自旋向上和自旋向下的電流分別向著相反方向流動(dòng),凈電荷流幾乎為零,表現(xiàn)出了完美的自旋塞貝克效應(yīng)。我們通過(guò)調(diào)控外加磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)。同時(shí)我們計(jì)算了不同寬度的硅烯納米帶(N-ZSiNR-H)/(N-ZSiNR-H2)(其中N表示垂直于ZSiNRs的armchair方向Si原子個(gè)數(shù))器件的熱電輸運(yùn),研究結(jié)果顯示偶數(shù)N的硅烯納米帶其自旋向上的電流和自旋向下的電流數(shù)量級(jí)相當(dāng),電流曲線幾乎完全對(duì)稱(chēng),并在某些溫度處其總的電荷流為零,即只有純凈的自旋流,大大減少了器件的能量耗散,從而更有利于熱激發(fā)自旋電子學(xué)的應(yīng)用。而奇數(shù)N的納米帶破壞了熱自旋流的對(duì)稱(chēng)性,具有較大的總電荷流,并且總的電荷流呈現(xiàn)出了豐富的物理性質(zhì)。另外我們也能通過(guò)門(mén)電壓來(lái)調(diào)控奇數(shù)寬度的硅烯納米帶,尋找到了一種可靠的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)純凈自旋流的方法,且通過(guò)門(mén)電壓可以調(diào)節(jié)總的電荷流實(shí)現(xiàn)負(fù)微分電阻效應(yīng)和整流效應(yīng)。最后通過(guò)固定一端左電極溫度,我們改變溫差的方向,同時(shí)發(fā)現(xiàn)了自旋塞貝克二極管效應(yīng),從而為構(gòu)造多功能高效的熱電子學(xué)器件開(kāi)辟了方向。
[Abstract]:Spintronics and thermal electronics based on the combination of thermal spintronics in the future of Information Science in a wide range of applications, for the future development of functional materials and devices, especially in the future design of thermoelectric conversion devices and low power consumption is the new direction, breaking the traditional electronics and spintronics based limitations. Using the density functional theory and combining the method of nonequilibrium Green's function based on the studied thermal spin current zigzag SiC heterojunction devices and low warpage of silicon and graphene nanoribbons on the transport properties of concrete developed the following two aspects: (1) we design a serrated edge silicon carbide nano heterojunction bipolar devices based on the belt, and the study of the differential thermal spin current induced transport properties. The device is composed of a silicon atom left edge electrode for two atoms of hydrogen passivation The carbon atoms and edges with a hydrogen atom and passivation, silicon atoms and carbon atoms of the right electrode edge with an atom of hydrogen passivation, the width of the heterojunction composed of four atoms. By calculating the thermal spin current its transport results show that thermal spin polarized current with temperature and temperature difference curve above a certain temperature, about 300K, its current thermal spin down rapidly, while current thermal spin it to almost zero, the temperature control switch by temperature induced spin effect perfect spin filter effect and high efficiency. In addition, the thermal spin current changes with temperature curve exhibit thermotropic negative differential resistance with quantum turbulence. Therefore, we predict the zigzag SiC nanobelts can be used to design the excitation of spintronics devices with multifunctional heat. (2) we construct silylenes Nanoribbons (N-ZSiNRs) heterojunction devices, studied the thermal spin zigzag edge graphene nanoribbons on silicon transport properties. We also constructed a left semi infinite graphene nanoribbons with a single silicon atoms of hydrogen passivation, right infinite double edge by the heterojunction of an atom of hydrogen passivation at first. Study (4-ZSi NR-H) / (4-ZSiNR-H2) device thermoelectric transport, the results show that by controlling the temperature difference between the source and drain current, the spin current of the device thermal spin up and spin down respectively in the opposite direction of flow, net charge flow is almost zero, showing the spin Seebeck effect perfect the external magnetic field. We realize the GMR effect through regulation. At the same time, we calculate the silylenes nano different width band (N-ZSiNR-H) / (N-ZSiNR-H2) (where N is perpendicular to the ZSiNRs direction armchair Si atomic number) device thermoelectric transport, research The current magnitude of silylenes nano showed even N with the spin current and spin down to the equivalent current curves are almost completely symmetrical, and in certain temperature the total charge current is zero, that is only the pure spin flow, greatly reducing the energy dissipation device, which is more conducive to the application of thermal excitation spintronics. Nano N with odd symmetry destroys the heat from cyclone, with large flow and total charge, total charge current exhibits rich physical properties. We can also silylenes nm by gate voltage to control the width of the odd belt, to find a reliable regulation implementation method of pure spin, and the gate voltage can be adjusted by the total charge current to achieve negative differential resistance and rectifying effect. Finally, the fixed end of the left electrode temperature difference, we change the direction, also found that the spin The Seebeck diode effect, thereby opening up direction for the thermal electronics structure of multifunction and high efficiency.

【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O613.72;TB383.1

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本文編號(hào)：1476570