本文選題：鋸齒型硅烯納米帶　切入點(diǎn)：自旋極化效應(yīng)　出處：《蘇州大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：硅烯納米帶有著與石墨烯納米帶類(lèi)似的幾何結(jié)構(gòu)和奇特的電學(xué)性質(zhì),在納米器件中有著廣泛的應(yīng)用前景,近幾年來(lái)掀起了廣泛的研究熱潮。本文采用電子密度泛函理論與非平衡格林函數(shù)相結(jié)合的理論研究方法,系統(tǒng)地研究了原子替代摻雜對(duì)鋸齒型硅烯納米帶的自旋輸運(yùn)性質(zhì)的影響。論文第一章講述硅烯的研究背景以及硅烯納米帶的電子性質(zhì);第二章主要介紹了本論文所采用計(jì)算方法的理論基礎(chǔ),包括密度泛函理論和非平衡格林函數(shù),并簡(jiǎn)單介紹了ATK計(jì)算軟件包;第三章和第四章詳細(xì)介紹并總結(jié)了本論文的主要研究工作和成果。主要內(nèi)容和結(jié)論總結(jié)如下:(1)研究了單原子或雙原子摻雜對(duì)鋸齒型硅烯納米帶的電子輸運(yùn)性質(zhì)的影響。根據(jù)納米帶兩個(gè)邊緣的自旋極化方向,我們分別研究了自旋極化反向的反鐵磁態(tài)(AFM)和自旋極化同向的鐵磁態(tài)(FM)硅烯納米帶。理論計(jì)算結(jié)果表明,在反鐵磁態(tài)下,單原子(Al/P)摻雜使硅烯納米帶在費(fèi)米能附近產(chǎn)生準(zhǔn)束縛態(tài),并在電導(dǎo)譜中以電導(dǎo)谷的形式呈現(xiàn)出來(lái)。我們可以通過(guò)摻雜不同類(lèi)型的原子(Al/P原子),或者改變相同原子的摻雜位置,獲得不同類(lèi)型(P型或N型)的硅烯納米帶。當(dāng)雙原子摻雜時(shí),由于雜質(zhì)產(chǎn)生的準(zhǔn)束縛態(tài)彼此之間產(chǎn)生相互作用,使系統(tǒng)的輸運(yùn)性質(zhì)變得復(fù)雜。我們將兩個(gè)雜質(zhì)原子分別摻雜在納米帶的不同邊緣,由于產(chǎn)生的兩個(gè)準(zhǔn)束縛態(tài)分別分布在費(fèi)米能級(jí)的兩邊,體系的輸運(yùn)特性可以看作是由單原子摻雜表現(xiàn)出來(lái)的輸運(yùn)性質(zhì)的簡(jiǎn)單疊加。完美的鐵磁硅烯納米帶在費(fèi)米能附近的能量范圍內(nèi)電子輸運(yùn)通道是完全導(dǎo)通的,具有金屬性,而某些雙原子摻雜體系的上自旋或下自旋電子的電導(dǎo)在費(fèi)米能附近的能量區(qū)域出現(xiàn)了低谷,也就是說(shuō)在費(fèi)米能附近只允許一個(gè)自旋電子導(dǎo)通,出現(xiàn)了顯著的自旋過(guò)濾效果。(2)研究了線(xiàn)摻雜碳原子對(duì)鐵磁鋸齒型硅烯納米帶的電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)的影響。根據(jù)兩極輸運(yùn)系統(tǒng)的電極磁化方向不同,我們分別考慮了兩電極磁化平行(parallel,P)和兩電極磁化反平行(anti parallel,AP)兩種構(gòu)型。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)垂直于納米帶方向線(xiàn)摻雜碳原子時(shí),與完美體系的電流電壓特性曲線(xiàn)相比,摻雜體系的電流明顯減少,并在特定的偏壓范圍內(nèi)電流隨電壓的增加而減小呈現(xiàn)出負(fù)微分電阻效應(yīng)(negative differential resistance,NDR)。當(dāng)沿著納米帶方向線(xiàn)摻雜碳原子時(shí),無(wú)論是改變摻雜位置還是納米帶的寬度,在電極磁化反平行構(gòu)型下,都可以使兩極體系在較寬的能量區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的自旋極化輸運(yùn),并且在費(fèi)米面上引起了更為顯著的近乎100%的自旋極化效果。這些奇特的研究結(jié)果將為制備諸如自旋過(guò)濾器等硅基納米電子器件提供了理論支持和研究依據(jù)。
[Abstract]:Silicene nanocrystalline has the similar geometric structure and peculiar electrical properties as graphene nanobelts, so it has a wide application prospect in nanoscale devices. In recent years, there has been a widespread research boom. In this paper, the theory of the combination of the electron density functional theory and the non-equilibrium Green's function is used. The effects of atom substitution doping on the spin transport properties of zigzag silicene nanobelts are systematically studied. In chapter 1, the background and electronic properties of silyene nanoribbons are introduced. The second chapter mainly introduces the theoretical basis of the calculation method used in this paper, including density functional theory and non-equilibrium Green's function, and briefly introduces the ATK calculation software package. In chapter 3 and chapter 4th, the main work and achievements of this thesis are introduced and summarized in detail. The main contents and conclusions are summarized as follows: 1) the electronic transport properties of monoatomic or diatomic doped zigzag silicene nanobelts are investigated. According to the spin polarization direction of the two edges of the nanobelts, We have studied the antiferromagnetic (AFM) and the ferromagnetic (FMFM) nanoribbons with spin polarization in reverse direction, respectively. The theoretical calculation results show that in the antiferromagnetic state, Monatomic Al / P doping makes silicene nanobelts produce quasi bound states near Fermi energy and present in conductance spectra in the form of conductance valleys. We can change the doping position of the same atoms by doping different types of atoms to Alp atoms. Different types of Si (P or N) nanoribbons are obtained. When diatomic doping occurs, the quasi bound states produced by impurities interact with each other. The transport properties of the system are complicated by doping two impurity atoms at different edges of the nanobelts, because the resulting quasi bound states are distributed on both sides of the Fermi level, respectively. The transport properties of the system can be regarded as a simple superposition of the transport properties of monatomic doping. The perfect ferromagnetic silicene nanoribbons are completely conductive and have gold properties in the energy range near Fermi energy. In some diatomic doping systems, the conductance of upper or lower spin electrons is low in the energy region near Fermi energy, that is, only one spin electron is allowed to be conducted near Fermi energy. The effect of wire doped carbon atoms on the electronic structure and transport properties of ferromagnetic zigzag silicene nanobelts has been studied. According to the electrode magnetization direction of the two-pole transport system, the effect of linear doped carbon atoms on the electronic structure and transport properties of ferromagnetic zigzag silicene nanoribbons has been studied. We consider two configurations of magnetized parallel parallel (P) and anti parallel parallel (APs) of two electrodes respectively. It is found that when carbon atoms are doped perpendicular to the nanobelts, the current and voltage characteristic curves of the perfect system are compared with those of the perfect system. The current of the doped system decreases obviously, and the current decreases with the increase of voltage in a certain range of bias voltage. The negative differential resistance effect and negative differential resistance are observed when the carbon atoms are doped along the nanobelts. No matter the doping position or the width of the nanobelts are changed, the polarization transport of the two poles can be produced in a wide energy region under the antiparallel configuration of the electrode magnetization. Moreover, a more remarkable spin polarization effect of nearly 100% on Fermi surface has been obtained, which will provide theoretical support and research basis for the fabrication of silicon-based nanoelectronic devices such as spin filters.
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1

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本文編號(hào)：1625418