本文關(guān)鍵詞：二維過渡金屬硫化物中Rashba自旋軌道耦合效應(yīng)的第一性原理研究

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【摘要】：基于電子電荷屬性的傳統(tǒng)微電子器件由于功耗、散熱及量子效應(yīng)等問題制約著半導(dǎo)體芯片的發(fā)展,基于電子自旋屬性的自旋電子器件應(yīng)運(yùn)而生。新型的自旋電子器件具有高速率、低功耗、體積小等優(yōu)點(diǎn),而自旋軌道耦合效應(yīng)作為重要的物理機(jī)制,研究意義重大。其中,低維半導(dǎo)材料中的Rashba自旋軌道耦合效應(yīng)可受電場(chǎng)調(diào)控,并且有利于電路集成,有望應(yīng)用于新一代的電子器件中,因而成為重點(diǎn)研究對(duì)象。石墨烯的發(fā)現(xiàn)帶動(dòng)了二維材料的繁榮發(fā)展,其中,二維過渡金屬硫化物由于半導(dǎo)體帶隙可控,在自旋電子學(xué)及谷電子學(xué)等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。本文基于第一性原理計(jì)算,結(jié)合我們自己開發(fā)的選擇性軌道加場(chǎng)法,以應(yīng)力調(diào)控與電場(chǎng)調(diào)控作為主要手段,對(duì)二維過渡金屬硫化物中的Rashba自旋軌道耦合效應(yīng)進(jìn)行理論研究,主要內(nèi)容如下:1.對(duì)極性的二維過渡金屬硫化物MXY(M = Mo,W;X≠Y=S,Se,Te)進(jìn)行理論研究,以單層WSeTe為例,深入研究了其中Rashba效應(yīng)的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn),由于單層WSeTe結(jié)構(gòu)鏡面對(duì)稱破缺,導(dǎo)致面外的內(nèi)稟靜電勢(shì)在垂直于表面處不為零,從而在布里淵區(qū)的r點(diǎn)出現(xiàn)大的Rashba自旋劈裂。進(jìn)一步的研究表明,對(duì)單層WSeTe施加面內(nèi)的雙軸應(yīng)力可以有效調(diào)控Rashba自旋劈裂大小,這是由于雙軸應(yīng)力改變了W-dz2和Se-pz之間的軌道交疊,從而改變了內(nèi)稟靜電勢(shì)的大小。選擇性軌道加場(chǎng)法進(jìn)一步驗(yàn)證了軌道交疊對(duì)于單層WSeTe中Rashba效應(yīng)的重要性。另外,我們還探討了外加電場(chǎng)對(duì)于單層WSeTe中Rashba效應(yīng)的影響,結(jié)果表明,外加電場(chǎng)對(duì)于單層WSeTe中Rashba效應(yīng)的作用比應(yīng)力小得多。2.對(duì)非極性的二維過渡金屬硫化物MX2(M = Mo,W;X = S,Se,Te)中六種材料分別施加電場(chǎng),計(jì)算發(fā)現(xiàn)陰離子X對(duì)于電場(chǎng)誘導(dǎo)的Rashba自旋劈裂起主要作用,隨著X的原子序數(shù)增大,Rashba自旋劈裂程度越大;陽離子由于被陰離子覆蓋,電場(chǎng)對(duì)其影響較弱。因此,六種二維MX2的Rashba自旋劈裂大小依次為:WTe2MoTe2WSe2MoSe2WS2MoS2。另外,在施加電場(chǎng)后,從布里淵區(qū)的中心r點(diǎn)到邊界K/K'點(diǎn),自旋從垂直方向轉(zhuǎn)向二維平面內(nèi),并且隨著電場(chǎng)的增加,面內(nèi)自旋成分逐漸增加,自旋軌道耦合強(qiáng)度隨電場(chǎng)的增大而線性增加。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O469

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 龔士靜;段純剛;;金屬表面Rashba自旋軌道耦合作用研究進(jìn)展[J];物理學(xué)報(bào);2015年18期

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本文編號(hào)：1282043