【摘要】：新穎納米電子器件是目前研究的一個(gè)重要方向。一些低維材料如一維金屬鎳原子結(jié)以及黑磷等二維半導(dǎo)體材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)及光學(xué)性能,顯示了在光電探測(cè)、高密度存儲(chǔ)及傳感器等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。本論文采用第一性原理方法結(jié)合非平衡態(tài)格林函數(shù)理論研究了鎳原子結(jié)及黑磷的光電輸運(yùn)特性。本論文首先研究了鎳原子結(jié)在吸附氫原子或氫分子后出現(xiàn)小電導(dǎo)的機(jī)理。鎳原子結(jié)在吸附氫分子后可形成Ni-H_2-Ni結(jié)構(gòu),其電導(dǎo)約為0.7G_0,主要是由氫氣分子的反鍵態(tài)和相鄰鎳原子的3d軌道發(fā)生強(qiáng)耦合而導(dǎo)致的;當(dāng)吸附兩個(gè)個(gè)氫原子形成Ni-2H-Ni結(jié)構(gòu)時(shí),電導(dǎo)約為1G_0,并且是弱自旋極化的,當(dāng)原子結(jié)中的原子間距較小的時(shí)候自旋向下的電導(dǎo)起主導(dǎo)作用。其次,我們研究了門電壓調(diào)控的黑磷(單層黑磷)光電探測(cè)器的光生電流效應(yīng)。結(jié)果表明,門電壓或由黑磷/藍(lán)磷組成的異質(zhì)結(jié)都可破壞黑磷的反演對(duì)稱性,在偏振光照射下無(wú)需施加源-漏電壓即可產(chǎn)生顯著的光生電流效應(yīng);施加門電壓后,黑磷/藍(lán)磷異質(zhì)結(jié)的光電流明顯增大,比黑磷的光電流大3個(gè)數(shù)量級(jí),還可得到高達(dá)數(shù)百的消光比;此外電子和空穴在黑磷/藍(lán)磷異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中是空間分離的,極大地降低了電子-空穴的復(fù)合率,從而有利于異質(zhì)結(jié)產(chǎn)生持續(xù)的光電流。最后研究了磁性鎳-氧原子結(jié)在低偏壓下以及低溫差下自旋極化的電輸運(yùn)性質(zhì)。研究表明,在0~100 mV偏壓范圍內(nèi)可得到穩(wěn)定的隧穿磁阻率和較高的電流自旋注入率,其中隧穿磁阻率大于60%,自旋平行結(jié)構(gòu)的電流自旋注入率大于65%;在20~200K的溫差范圍內(nèi),自旋反平行結(jié)構(gòu)的自旋注入率高于45%,并且自旋向上與自旋向下的電流流向相反。
【圖文】：

在高密度存儲(chǔ)、磁傳感器及自旋場(chǎng)效應(yīng)管等多個(gè)領(lǐng)域具有，由于器件尺寸達(dá)到了納米級(jí)別，這個(gè)時(shí)候可顯著改變器題開始凸現(xiàn)，并且傳統(tǒng)的自旋電子器件依靠自旋極化的電（遞信息，，但這種方式中產(chǎn)生的電流會(huì)造成能耗，并產(chǎn)生熱耗米器件的穩(wěn)定性，這對(duì)器件的設(shè)計(jì)極為不利。因此尋找能夠散的新型納米電子自旋器件也變得越來(lái)越重要。，一維金屬原子結(jié)的電子輸運(yùn)特性吸引了人們的廣泛關(guān)注[1可以用來(lái)作為電子設(shè)備的功能構(gòu)件。金屬原子結(jié)包括原子點(diǎn)，它們具有豐富的電子輸運(yùn)行為。一維鐵磁性金屬原子結(jié)具、高磁阻率[21]、以及自旋注入效應(yīng)[23]等特性。此外，金屬0.5G0的電導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)和理論研究表明銅、銀、金等金屬單原子它們的 S 價(jià)電子特性[5]。另一方面，一些磁性金屬原子結(jié)比構(gòu)[6]以及鈷金屬單原子鏈[3]在沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí)的電導(dǎo)為 0.5單個(gè)電子自旋極化輸運(yùn)通道。

上海師范大學(xué)碩士結(jié)，在氣體環(huán)境中均表現(xiàn)出了 1G0或 0.5G0的電導(dǎo)特性，而這里是不會(huì)出現(xiàn)的。以上這些特性顯示了金屬原子結(jié)在電子納米應(yīng)用前景。鎳、鈷、鐵及銣等這樣的金屬在納米尺寸下依然保使得它們成為金屬原子結(jié)中熱門的研究對(duì)象。料如石墨烯、過(guò)渡金屬二硫化物、黑磷等也在新一代光電子學(xué)潛力，這歸功于它們?cè)陔娮釉O(shè)備中基礎(chǔ)的物理特性[27-32]。黑磷遷移率，可達(dá) 1000cm2/(V·S)，并且它的直接帶隙介于 0.2 到紅外及可見(jiàn)光段，使得黑磷可用于檢測(cè)可見(jiàn)光到近紅外區(qū)域]。此外，黑磷還具有各向異性的電學(xué)、力學(xué)及光學(xué)性質(zhì)。這電探測(cè)器、光電傳感器以及太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域具有很大應(yīng)用
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O562

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本文編號(hào)：2670856