本文關鍵詞：二維量子薄膜電子結構及輸運性質的調控

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【摘要】：近年來,隨著對自旋電子學和磁電子學研究的不斷進展,通過化學修飾、外加應力、外電場或外加磁場的方式來調控二維量子薄膜材料電子結構及輸運性質的研究成為人們關注的熱點。在本論文中,我們用密度泛函理論方法研究了化學修飾以及外加電場對二維量子薄膜的電子結構及其輸運性質的調制效應,為二維量子薄膜材料在自旋電子學和磁電子學中的應用提供了理論研究的基礎。在第一性原理計算的同時考慮非平衡格林函數(shù)的方法對這些材料的電子輸運性質及其在實際器件中的應用進行了計算。在本論文工作中我們主要的研究內容和成果包括:1.我們對化學修飾引起的石墨烯以及二維六角氮化硼表面功函數(shù)的調制效應進行了研究。研究結果發(fā)現(xiàn)不同電負性原子的吸附引起的電荷再分布以及成鍵電荷的轉移是化學修飾引起的石墨烯以及二維六角氮化硼表面功函數(shù)的變化的主要原因;2.我們對過渡金屬嵌入的石墨烯以及二維六角氮化硼的雙層二維量子薄膜材料作為中間絕緣層,與Ni(111)金屬電極構成的磁性隧道結的電子結構以及電輸運性質進行了系統(tǒng)的研究。我們發(fā)現(xiàn):過渡金屬的嵌入引起石墨烯以及二維六角氮化硼的雙層二維量子薄膜材料在費米能級附近的能帶結構發(fā)生自旋極化;過渡金屬Co/Fe嵌入的雙層石墨烯-二維六角氮化硼結構作為中間絕緣層材料的磁性隧道結的隧穿磁電阻率為169.94%/173.00%,這兩種過渡金屬嵌入的雙層石墨烯-二維六角氮化硼結構對于自旋電子學中構造完美的自旋過濾器件是非常好的備選材料;3.我們通過對Bi2Se3結構與過渡金屬Fe電極構成的磁性隧道結進行輸運性質的研究發(fā)現(xiàn):隨著外加電場的變化,整個磁性隧道結的隧穿磁電阻率呈現(xiàn)出趨于穩(wěn)定的震蕩性變化,分析其原因我們發(fā)現(xiàn)自旋相關的電荷再分布是引起隧穿磁電阻率變化的主要原因。我們的研究結果表明單層Bi2Se3對于構造完美的磁性隧道結來說是一種非常有應用前景的中間絕緣層材料;4.我們研究了磁性過渡金屬Co、Mn原子替代摻雜石墨烷的電子結構性質,并通過外加電場的方式對結構的磁性性質進行調控。研究結果發(fā)現(xiàn)這兩種過渡金屬與石墨烷的碳原子之間的電荷轉移以及過渡金屬自身的d態(tài)電子軌道之間的電荷再分布是引起整個結構的電學性質和磁性性質變化的主要原因。同時我們發(fā)現(xiàn),外加電場調控下過渡金屬與石墨烷之間的電荷轉移是引起Mn原子摻雜結構的磁性性質發(fā)生轉變的主要原因。
【關鍵詞】：化學修飾 石墨烯 二維六角氮化硼 電子結構 電輸運性質
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O469;O484
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-25
• 1.1 二維納米材料簡介9
• 1.2 石墨烯相關材料簡介9-14
• 1.2.1 石墨烯材料電子結構及其實驗制備10-13
• 1.2.2 化學修飾石墨烯材料13-14
• 1.3 二維六角氮化硼材料簡介14-19
• 1.3.1 六角氮化硼材料結構及其性質15-17
• 1.3.2 化學修飾二維六角氮化硼材料17-19
• 1.4 外部條件對二維納米材料性質的調控19-23
• 1.4.1 化學摻雜對二維納米材料的電子結構的影響19-21
• 1.4.2 外場調控對二維納米材料電子結構的影響21-23
• 1.5 本論文的研究依據(jù)及研究的主要內容23-25
• 第2章 理論背景和方法25-34
• 2.1 第一性原理方法及密度泛函理論25-31
• 2.1.1 絕熱近似理論——Born-oppenheimer近似26-27
• 2.1.2 Hohenberg-Kohn定理以及Kohn-Sham方程27-29
• 2.1.3 交換關聯(lián)泛函（LDA和GGA）29-31
• 2.1.4 贗勢方法31
• 2.2 非平衡格林函數(shù)及Landauer模型31-34
• 第3章 化學修飾對石墨烯及二維六角氮化硼表面功函數(shù)的調制效應34-52
• 3.1 引言34-36
• 3.2 計算細節(jié)與模型分析36-39
• 3.3 計算結果分析及討論39-51
• 3.3.1 化學修飾的石墨烯結構穩(wěn)定性分析39-41
• 3.3.2 化學修飾對石墨烯電子結構性質的影響41-45
• 3.3.3 化學修飾的二維六角氮化硼結構穩(wěn)定性分析45-47
• 3.3.4 化學修飾對二維六角氮化硼電子性質的影響47-51
• 3.4 本章小結51-52
• 第4章 3d過渡金屬嵌入對雙層石墨烯、二維六角氮化硼電子輸運性質的調控52-66
• 4.1 引言52-53
• 4.2 計算細節(jié)與模型分析53-54
• 4.3 計算結果分析與討論54-65
• 4.3.1 雙層石墨烯及二維六角氮化硼在器件中的穩(wěn)定性分析54-57
• 4.3.2 雙層石墨烯及二維六角氮化硼結構在器件中的電子性質57-60
• 4.3.3 雙層石墨烯及二維六角氮化硼在器件中的電輸運性質60-65
• 4.4 本章小結65-66
• 第5章 準二維Bi2Se3薄膜在器件中的電輸運性質研究66-73
• 5.1 引言66-68
• 5.2 模型分析與計算方法68-69
• 5.3 計算結果分析與討論69-72
• 5.3.1 Bi2Se3準二維薄膜結構在器件中的穩(wěn)定性分析69-70
• 5.3.2 Bi2Se3準二維薄膜在器件中的電子輸運性質70-72
• 5.4 本章小結72-73
• 第6章 過渡金屬摻雜石墨烷自旋態(tài)的電場調控73-83
• 6.1 引言73-74
• 6.2 計算細節(jié)與模型分析74-75
• 6.3 計算結果分析及討論75-82
• 6.3.1 過渡金屬摻雜石墨烷的結構及穩(wěn)定性75-76
• 6.3.2 過渡金屬摻雜石墨烷的電子性質76-80
• 6.3.3 外加電場對過渡金屬摻雜石墨烷磁性的調制80-82
• 6.4 本章小結82-83
• 第7章 總結和展望83-85
• 7.1 工作總結83
• 7.2 工作展望83-85
• 參考文獻85-96
• 致謝96-97
• 攻讀博士學位期間完成的主要工作97

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;Numerical Simulation of Reaction-Diffusion during Carburization of HK40 Steel[J];Journal of Materials Science & Technology;2003年04期

2 張科舉;詹福如;;氧化石墨烯的離子束輻照表面改性[J];材料導報;2013年16期

3 白瑞;趙九蓬;李W，

本文編號：1007135