【摘要】：在納米材料和器件中各種量子效應(yīng)開(kāi)始發(fā)揮作用,使其具備了傳統(tǒng)材料和器件不可比擬的優(yōu)良特性和規(guī)律,在超級(jí)計(jì)算機(jī)芯片、能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換、傳感器等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用,是當(dāng)今科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。不斷探索和研究新型高效的低維納米材料并通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行修飾、摻雜、構(gòu)建異質(zhì)結(jié)等方式提高并豐富其性能是目前亟需解決的問(wèn)題。本文基于第一性原理計(jì)算方法系統(tǒng)地研究了幾種新型的低維納米材料的電子結(jié)構(gòu)及其器件的量子輸運(yùn)問(wèn)題,討論了外部條件(如應(yīng)力、偏壓、門電壓等)對(duì)其產(chǎn)生的影響,并深入分析了體系內(nèi)部的物理化學(xué)機(jī)制,揭示了其在不同領(lǐng)域中的可能應(yīng)用。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新之處如下:(1)GeP_3納米帶的電子結(jié)構(gòu)及其隧穿結(jié)的量子輸運(yùn)特性。研究發(fā)現(xiàn),單層GeP_3納米帶表現(xiàn)出半導(dǎo)體性質(zhì),而三層GeP_3納米帶表現(xiàn)出金屬性。三層-單層-三層GeP_3納米帶隧穿結(jié)的量子輸運(yùn)行為取決于單層GeP_3納米帶和兩端三層GeP_3納米帶電極的連接方式,隨著門電壓增大,底層連接和中間層連接系統(tǒng)的電導(dǎo)增大,而頂層連接系統(tǒng)的電導(dǎo)減小;底層連接和中間層連接系統(tǒng)的I-V曲線近似呈線性,而頂層連接系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)負(fù)微分電導(dǎo)。(2)Au-三角烯-Au分子結(jié)的純自旋流和熱電輸運(yùn)性質(zhì)。結(jié)果表明,系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的柵控自旋過(guò)濾效應(yīng),通過(guò)調(diào)控溫差和門電壓,能夠得到純自旋流和自旋依賴的熱電勢(shì)。通過(guò)溫度、門電壓和化學(xué)勢(shì)的適當(dāng)優(yōu)化配置可以獲得較高的自旋品質(zhì)因子和相對(duì)很低的電荷品質(zhì)因子。(3)新型層狀KAgSe材料及其在光伏器件方面的應(yīng)用前景。研究發(fā)現(xiàn),單層KAgSe表現(xiàn)出較高的載流子遷移率和有效的可見(jiàn)光吸收,單層KAgSe納米器件有較高的光電流,其光響應(yīng)優(yōu)于硫化物納米器件和石墨烯納米器件。二維層狀KAgSe存在大小約為1.5 eV的直接帶隙,處于激子太陽(yáng)能電池候選材料的最佳帶隙范圍內(nèi)(1.2~1.6 eV),并且?guī)稁缀跏菍营?dú)立的。這是論文的創(chuàng)新點(diǎn)之一。(4)一種新型硼化物橫向異質(zhì)結(jié)及其相關(guān)性質(zhì)。結(jié)果表明,硼化物橫向異質(zhì)結(jié)具有適當(dāng)大小的直接帶隙、超高的載流子遷移率和有效的可見(jiàn)光吸收性能。用單層BP-BAs橫向異質(zhì)結(jié)搭建的納米器件在可見(jiàn)光范圍可以出現(xiàn)很大的光電流和光伏響應(yīng),在相同的外部條件下遠(yuǎn)大于MoS_2-WSe_2系統(tǒng)的光電流和光伏響應(yīng),這些重要參數(shù)影響太陽(yáng)能電池的性能,預(yù)示了其在太陽(yáng)能電池方面潛在的應(yīng)用價(jià)值。這是論文的另一創(chuàng)新之處。
【圖文】：

（a）單層MoS2的俯視圖和側(cè)視圖

向左側(cè)的 InSe 而價(jià)帶的空穴傾向于從左側(cè)的 InSe 流向右側(cè)的 穴超相反的方向運(yùn)動(dòng)，不利于二者的復(fù)合，因此更有利于光電轉(zhuǎn)換下，BN-BX 橫向異質(zhì)結(jié)有著 I 型的能帶對(duì)齊方式，其導(dǎo)帶的電子向于朝同一方向流動(dòng)，二者也更容易復(fù)合，從而使其更適用于發(fā)光前關(guān)于二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)的成果并不多。探索新型且性質(zhì)獨(dú)特的二維構(gòu)建二維異質(zhì)結(jié)提供豐富的候選材料，是非常有意義的工作。米器件著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，傳統(tǒng)的電子器件已經(jīng)無(wú)法滿足需求尋尺寸越來(lái)越小的電子器件。然而，當(dāng)器件的尺寸減小到納米量導(dǎo)作用，，于是，納米器件從制作工藝到理論基礎(chǔ)都完全不同于傳電子器件包括分子器件以通過(guò)光刻、外延生長(zhǎng)、微細(xì)加工等技術(shù)米材料器件，是目前納米電子技術(shù)發(fā)展的核心與關(guān)鍵。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.1

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2 馬曉s

本文編號(hào)：2682011