【摘要】：本文從理論上研究了外爾半金屬和黑磷材料的電磁輸運(yùn)性質(zhì)。我們的研究包括外爾費(fèi)米子的基本物理特征和利用這些輸運(yùn)特性在微電子結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)電子器件的功能,以及基于第一性原理模擬計(jì)算并分析黑磷納米器件的輸運(yùn)性質(zhì)。全文分為如下五個(gè)部分:第一章為緒論,主要介紹近年納米材料和納米器件的研究背景,研究動(dòng)機(jī)和一些重要的研究進(jìn)展。尤其關(guān)注近年來(lái)吸引眾多研究者興趣的外爾半金屬和黑磷材料。介紹本論文采用的理論方法,簡(jiǎn)單的介紹了散射矩陣的方法和緊束縛近似模型,Hatree-Fock方法與密度泛函理論。第二章我們研究了雙磁壘下外爾半金屬的電子輸運(yùn),我們從理論上研究了外爾半金屬中電子在不同構(gòu)型磁壘下的輸運(yùn)性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)具有方向依賴性的電子隧穿效應(yīng),該隧穿效應(yīng)可以由磁場(chǎng)的構(gòu)型和門電壓加以調(diào)控。對(duì)于雙層Delta函數(shù)型磁壘的情況下,動(dòng)量過(guò)濾效應(yīng)變得更加顯著。電子在輸運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)了很多Fabry-Perot共振態(tài),兩個(gè)磁壘之間的間距可以調(diào)控該共振態(tài)振幅的大小。磁場(chǎng)和電勢(shì)壘的組合效應(yīng)可以加劇平行和反平行磁化結(jié)構(gòu)的電子輸運(yùn)的差異,因此導(dǎo)致巨大的磁阻效應(yīng)。第三章我們研究了周期磁場(chǎng)下外爾半金屬中電子的輸運(yùn)性質(zhì),我們理論上研究了方形和Delta函數(shù)型平行磁化結(jié)構(gòu)的輸運(yùn)和電導(dǎo)。我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)周期勢(shì)壘結(jié)構(gòu)的電子輸運(yùn)取決于入射角、費(fèi)米能、磁場(chǎng)和門電壓。在這個(gè)系統(tǒng)下,通過(guò)改變磁場(chǎng)和超晶格層數(shù)可以顯著調(diào)制隧穿的磁阻效應(yīng)。我們發(fā)現(xiàn)電子透射幾率展示了一個(gè)有趣的動(dòng)量過(guò)濾性質(zhì),這個(gè)性質(zhì)可以通過(guò)調(diào)制入射角度和費(fèi)米能量和磁場(chǎng)以及兩個(gè)勢(shì)壘之間的寬度加以調(diào)控。在方形周期磁壘的情況下,超晶格層數(shù)的增加能顯著的增加其動(dòng)量過(guò)濾性質(zhì)。而在Delta函數(shù)型周期壘的情況下,其動(dòng)量過(guò)濾性質(zhì)與超晶格層數(shù)無(wú)關(guān)。這些研究為我們提供了一個(gè)調(diào)控電子輸運(yùn)的有效方法和利用外爾半金屬材料構(gòu)建電子器件的新的方案。第四章我們研究了邊緣修飾的鋸齒形黑磷納米器件的負(fù)微分電阻現(xiàn)象。首先我們探討不同原子邊緣飽和的鋸齒形黑磷納米帶的能量相對(duì)穩(wěn)定性,在優(yōu)化電子結(jié)構(gòu)后,我們對(duì)邊緣飽和的鋸齒形黑磷納米帶的穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。然后探究不同邊緣飽和原子對(duì)黑磷納米帶能帶結(jié)構(gòu)的影響。最后計(jì)算了由N、H、O原子邊緣飽和的鋸齒形黑磷納米器件的自洽計(jì)算電流-電壓的伏安(I-V)特性。發(fā)現(xiàn)這樣的器件表現(xiàn)出與邊緣飽和原子依賴的輸運(yùn)特性,呈現(xiàn)出多峰負(fù)微分電阻效應(yīng)的特征。特別的,對(duì)于O原子的邊緣飽和,可以得到非常大的負(fù)微分電阻現(xiàn)象,這為今后構(gòu)建新的負(fù)微分電阻器件打下理論基礎(chǔ)。第五章是本論文的簡(jiǎn)要總結(jié)。
【圖文】：

黑磷的帶隙與黑磷的層數(shù)有著密切的關(guān)系，其塊狀多層黑磷帶隙約為0．３ｅＶ，逡逑單層黑磷的帶隙約為１．５２ｅＶ，其帶隙隨著層數(shù)的增加而減小，單層黑磷中能帶逡逑間隙的增加是因?yàn)閷?dǎo)帶頂和價(jià)帶底之間存在夾層雜質(zhì)而導(dǎo)致的［３２】。圖１．１顯示的逡逑是黑磷納米帶的晶體結(jié)構(gòu)，類似石墨烯晶體的幾何結(jié)構(gòu)，，可以沿著不同的方向?qū)﹀义掀洳眉舫射忼X型磷烯納米帶和扶手椅型磷烯納米帶，也可以對(duì)其進(jìn)行摻雜、邊緣逡逑化學(xué)修飾、外加電場(chǎng)和缺陷等方法來(lái)調(diào)控黑a惖氖湓誦災(zāi)剩郟常常擼常叮蕁ｅ義希沖義

本文編號(hào)：2678359