本文關鍵詞：MoS_2納米帶的電、磁及輸運性質研究

  更多相關文章： 第一性原理 二硫化鉬納米帶 異質結 自旋輸運性質 半金屬性 自旋閥效應 巨磁阻效應

【摘要】：二硫化鉬是一種典型過渡金屬二硫化物,屬于無機物。近年來,由于單層二硫化鉬在納米電子器件中的成功應用,令它受到了廣泛的關注。相較于零帶隙的本征石墨烯,單層二硫化鉬是典型的半導體,具有1.8eV的直接帶隙,這使得它在納米電子器件中的應用比石墨烯更具優(yōu)勢。第一性原理的計算表明基于二硫化鉬的晶體管具有高電流開關比、大跨導、低功耗等優(yōu)良的性質。隨著對二維二硫化鉬研究的不斷深入,科學家們把研究的目標也指向了它的一維結構。最近,各國的研究小組采用不同的方法在實驗室中成功制備出二硫化鉬納米帶,它的性質及潛在應用也成為了理論研究的熱點。本論文中,我們采用第一性原理研究了二硫化鉬納米帶的電、磁及自旋輸運性質,并探討了摻雜對二硫化鉬納米帶性質的影響,主要內容如下： (1)基于密度泛函理論和非平衡態(tài)格林函數方法,我們研究了二硫化鉬納米帶異質結的電子輸運性質,該異質結由邊緣不對稱氫化的鋸齒型二硫化鉬納米帶(ZMoS2NR-H/ZMoS2NR)構成。計算結果表明該異質結具有與納米帶寬度無關的半金屬性。能帶結構及電子軌道波函數揭示了自旋通道的開啟依賴于ZMoS2NR-H和ZMoS2NR位于Mo邊緣的軌道匹配。偏壓下的Ⅰ-V曲線表明,異質結在低偏壓下具有很好的自旋閥效應,同時自旋電流還具有負微分電阻效應。 (2)研究了平行和反平行磁結構下鋸齒型二硫化鉬納米帶(ZMoS2NR)的輸運性質。結果表明反平行結構的ZMoS2NR具有半導體性質,而平行結構的ZMoS2NR呈現金屬性質。因此,利用外部局域磁場將ZMoS2NR磁結構由平行轉變?yōu)榉雌叫薪Y構,ZMoS2NR將呈現出磁阻效應。Ⅰ-V曲線表明,在室溫下ZMoS2NR的磁阻超過104數量級。ZMoS2NR產生巨磁阻效應的主要原因在于反平行結構下費米面附近左右電極的電子軌道無法匹配,從而遏制了電流。當ZMoS2NR寬度及長度發(fā)生變化時,巨磁阻效應仍存在于器件中。此外,反平行結構的ZMoS2NR還顯示出雙自旋閥效應。 (3)研究了Re原子替代Mo原子摻雜的扶手椅型二硫化鉬納米帶(AMoS2NR)結構的穩(wěn)定性及電、磁性質。結果表明摻雜后納米帶的基態(tài)由NM態(tài)轉化為FM或AFM態(tài),摻雜的位置對納米帶的性質有較大的影響。(1)Re摻雜于AMoS2NR邊緣：相較于其他摻雜位置,Re位于AMoS2NR邊緣時結構最為穩(wěn)定。摻雜后,AMoS2NR的基態(tài)由NM轉變?yōu)锳FM態(tài),并且在AFM和FM態(tài)下仍保持半導體的屬性。(2)Re摻雜于AMoS2NR內部：Re位于AMoS2NR內部時結構仍具有很好的穩(wěn)定性。摻雜后,納米帶的基態(tài)為FM,并且在該磁態(tài)下呈現出半金屬性。(3)研究表明,納米帶的寬度對Re摻雜AMoS2NR的電學和磁學性質沒有影響。
【關鍵詞】：第一性原理 二硫化鉬納米帶 異質結 自旋輸運性質 半金屬性 自旋閥效應 巨磁阻效應
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O469
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-31
• 1.1 單層MoS_2的性質11-19
• 1.2 單層MoS_2的制備19-25
• 1.3 單層MoS_2光、電器件的研究進展25-29
• 1.4 本文的工作29-31
• 2. 部分邊緣氫化的MoS_2納米帶異質結的自旋輸運性質31-45
• 2.1 異質結的研究背景31-33
• 2.2 部分邊緣氫化的MoS_2納米帶異質結模型與計算方法33-35
• 2.3 計算結果及分析35-44
• 2.4 小結44-45
• 3. 鋸齒型MoS_2納米帶的巨磁阻效應45-62
• 3.1 引言45-46
• 3.2 具有磁阻效應的MoS_2納米帶模型與計算方法46-47
• 3.3 計算結果及分析47-57
• 3.4 其他邊緣結構的鋸齒型MoS_2納米帶的輸運性質57-60
• 3.5 結論60-62
• 4. 錸摻雜的扶手椅型MoS_2納米帶的電、磁性質62-87
• 4.1 外部因素對單層MoS_2電子結構的調節(jié)作用62-69
• 4.2 錸摻雜的MoS_2納米帶的研究背景69-70
• 4.3 錸摻雜的扶手椅型MoS_2納米帶模型及計算方法70-71
• 4.4 結果與討論71-86
• 4.5 結論86-87
• 5. 全文小結及展望87-89
• 5.1 全文小結87
• 5.2 下一步的工作展望87-89
• 致謝89-90
• 參考文獻90-102
• 附錄1 攻讀博士學位期間發(fā)表的學術論文102

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