發(fā)布時間：2017-10-09 16:39

  本文關(guān)鍵詞：類石墨烯材料中巨磁阻和熱電效應(yīng)的研究

  更多相關(guān)文章： 自旋電導(dǎo)譜 摻雜 巨磁阻 自旋熱電效應(yīng) 格林函數(shù)方法

【摘要】：本論文利用結(jié)合密度泛函理論與非平衡格林函數(shù)的第一性原理方法和緊束縛模型研究了類石墨烯納米帶中的電輸運、磁輸運和熱電性能。詳細討論了鋸齒型a石墨炔納米帶的奇偶特性,邊緣摻雜對納米帶的電導(dǎo)譜、巨磁阻效應(yīng)和熱電效應(yīng)的影響。通過石墨烯緊束縛模型的解析分析及輸運與系統(tǒng)特征參數(shù)關(guān)系的計算對這些性質(zhì)進行了深入的理解。本文的要點如下:1.運用密度泛函理論和非平衡格林函數(shù)相結(jié)合的方法研究了鋸齒型a石墨炔納米帶兩極系統(tǒng)自旋相關(guān)的電學(xué)性質(zhì)。通過理論計算模擬,我們首先預(yù)測在完美的偶數(shù)寬度鋸齒型a石墨炔納米帶中可實現(xiàn)高達 106 % 的巨磁阻效應(yīng)而在奇數(shù)寬度納米帶中磁阻則總是很小。通過對鐵磁納米帶中費米能附近波函數(shù)的分析,理解了偶數(shù)寬度納米帶中波函數(shù)橫向幾何對稱性導(dǎo)致這些奇偶效應(yīng)的物理原因。在鐵磁電極磁化反平行構(gòu)型下,奇數(shù)寬度納米帶每種自旋的電導(dǎo)譜在費米能處為高度G0=e2/h的平臺,而偶數(shù)寬度納米帶對應(yīng)的是一個寬度為 0.15e V的電導(dǎo)隙。有意思的是,如果將中心區(qū)磁化翻轉(zhuǎn)處的邊緣碳原子替換成其它原子,上述的奇偶效應(yīng)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)。通過對反平行構(gòu)型下兩極系統(tǒng)散射態(tài)的分析,我們發(fā)現(xiàn)在奇數(shù)寬度的納米帶中,雜質(zhì)原子會阻礙邊緣態(tài)的擴展,因而導(dǎo)致電導(dǎo)降低。而在偶數(shù)寬度的納米帶中,雜質(zhì)原子破壞了量子態(tài)的橫向?qū)ΨQ性,解除了對稱性對電子輸運的限制,使電導(dǎo)升高。由于在電極磁化平行構(gòu)型下納米帶電導(dǎo)的奇偶效應(yīng)很弱,且對摻雜不敏感,這樣巨磁阻效應(yīng)只出現(xiàn)在偶數(shù)寬度的完美納米帶或奇數(shù)寬度的摻雜納米帶中。這個結(jié)果表明我們可以在很大范圍內(nèi)通過邊緣摻雜來控制這種材料中的磁阻效應(yīng)。 2.系統(tǒng)地研究了線性響應(yīng)條件下不同寬度(寬度n=3,4,5和6)鋸齒型a石墨炔納米帶兩極系統(tǒng)中摻雜對自旋熱電效應(yīng)的增強。在完美的鐵磁納米帶中,要實現(xiàn)強自旋熱電效應(yīng)、獲得比電荷塞貝克系數(shù)CS高的自旋塞貝克系數(shù)SS是很困難的。邊緣摻雜能破壞系統(tǒng)的幾何對稱性并增強自旋熱電效應(yīng)。這種增強的程度依賴于納米帶的寬度以及摻雜類型和位置。在電極磁化平行構(gòu)型下,用Ⅴ主族元素N原子進行摻雜可使寬度n=5和6的納米帶在很大的溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)S CSS,在室溫下可以大10倍。在反平行構(gòu)型下,如果在磁化翻轉(zhuǎn)位置之外的邊緣處摻雜,在偶數(shù)寬度的納米帶中可以實現(xiàn)S CSS。這時在低溫下能存在非常穩(wěn)定的強自旋熱電效應(yīng)。并且在特定溫度下,當(dāng)電荷塞貝克系數(shù)為零時該材料中的溫差可以產(chǎn)生純自旋流。 3.鑒于類石墨烯二維材料的相似性以及各種化學(xué)修飾對其輸運性質(zhì)顯著調(diào)制作用,結(jié)合緊束縛近似模型和格林函數(shù)方法,我們試圖建立一個適用于這些材料的通用輸運模型,更加系統(tǒng)地研究并理解原子無序?qū)︻愂┘{米帶的輸運性質(zhì)和熱電特性的影響。通過在完美石墨烯鐵磁納米帶緊束縛模型中加入一個可以連續(xù)變化的缺陷勢來模擬各種化學(xué)修飾帶來的無序,我們研究了邊緣原子位置缺陷勢對納米帶性質(zhì)的 影響。我們仔細分析了缺陷勢逐漸變大時系統(tǒng)輸運從量變到質(zhì)變的過程。結(jié)果表明我們用第一性原理模擬得到的結(jié)果普遍存在于類石墨烯二維材料中。原子無序可以打開(關(guān)閉)奇數(shù)(偶數(shù))寬度鋸齒型類石墨烯材料納米帶中的巨磁阻效應(yīng)。這是因為在電極磁化平行構(gòu)型下邊緣缺陷勢對電導(dǎo)的影響并不大,而在反平行構(gòu)型下電導(dǎo)對磁化反轉(zhuǎn)處缺陷勢的存在很敏感。當(dāng)無序存在于磁化反轉(zhuǎn)處以外時,上、下自旋的電導(dǎo)譜峰或谷在費米面處正好分裂,并導(dǎo)致它們的塞貝克系數(shù)符號相反,材料中出現(xiàn)強自旋熱電效應(yīng)。在寬度n=2的納米帶的兩極模型中,我們得到了電導(dǎo)的解析表達式,這使我們能從物理上更深入地分析無序?qū)斶\的影響。
【關(guān)鍵詞】：自旋電導(dǎo)譜 摻雜 巨磁阻 自旋熱電效應(yīng) 格林函數(shù)方法
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O469
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1 引言11
• 1.2 碳納米管11-12
• 1.3 石墨烯12-17
• 1.4 石墨炔17-21
• 1.5 本文的研究目的及內(nèi)容安排21-24
• 參考文獻24-29
• 第二章 原子尺度器件量子輸運理論模型和計算方法29-52
• 2.1 引言29
• 2.2 量子輸運理論29-30
• 2.3 中心器件區(qū)格林函數(shù)的計算30-33
• 2.4 計算電極表面格林函數(shù)的快速迭代法33-36
• 2.5 半經(jīng)驗的緊束縛方法（Tight-Binding method，，TB）36-38
• 2.6 密度泛函理論（DFT）38-44
• 2.6.1 玻恩-奧本海默近似（Born-Oppenheimer Approximation）38-40
• 2.6.2 哈特利-福克(Hartree-Fork)近似40-41
• 2.6.3 Hohenberg-Kohn定理41-42
• 2.6.4 Kohn-Sham方程42-43
• 2.6.5 交換關(guān)聯(lián)泛函43-44
• 2.7 磁阻和熱電理論44-47
• 2.8 基于DFT-NEGF方法的相關(guān)軟件ATK和Nanodcal47-49
• 參考文獻49-52
• 第三章 鋸齒型a石墨炔納米帶52-77
• 3.1 引言52-54
• 3.2 材料、模型與方法54-58
• 3.3 石墨炔納米帶能帶結(jié)構(gòu)58-59
• 3.4 鐵磁平行構(gòu)型下的電導(dǎo)譜59-60
• 3.5 鐵磁反平行構(gòu)型下的電導(dǎo)譜60-63
• 3.6 隧穿磁阻63-67
• 3.7 自旋熱電效應(yīng)67-73
• 3.8 結(jié)論73-74
• 參考文獻74-77
• 第四章 類石墨烯結(jié)構(gòu)的緊束縛模型及邊緣無序?qū)е碌木薮抛栝_關(guān)效應(yīng)77-102
• 4.1 引言77-79
• 4.2 鐵磁鋸齒型類石墨烯納米帶緊束縛模型79-81
• 4.3 缺陷在0位置時的輸運特性81-88
• 4.3.1 線性電導(dǎo)81-86
• 4.3.2 缺陷在0位置時的磁阻（magetoresistance，MR）86-87
• 4.3.3 石墨烯納米帶的緊束縛模型與密度泛函理論計算模擬結(jié)果對比87-88
• 4.4 缺陷在-1，-2，-3 位置時的電輸運性質(zhì)和熱電效應(yīng)88-93
• 4.4.1 偶數(shù)寬度納米帶88-91
• 4.4.2 奇數(shù)寬度納米帶91-93
• 4.5 解析結(jié)果93-98
• 4.6 結(jié)論98-99
• 參考文獻99-102
• 第五章 總結(jié)和展望102-105
• 5.1 本文的主要結(jié)論102-103
• 5.2 展望103-105
• 創(chuàng)新性說明105-106
• 攻讀博士學(xué)位期間公開發(fā)表的論文106-107
• 致謝107-108

【共引文獻】

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本文編號：1001299