硅烯纳米带自旋输运性质第一性原理研究

发布时间：2025-05-01 14:27

　　随着器件小型化的不断发展和电路集成度的不断提高,传统的硅基半导体器件尺寸已经逼近了微电子器件的物理极限。当进一步降低器件的尺寸达到纳米量级时,量子效应则会越来越明显,要继续提高集成电路的性能,就需要开发出基于新材料和新原理的新器件。纳米材料的出现为电子技术的进步提供了可能。2004年,石墨烯在实验上被成功的制备出,并发现它具有很多优异的性质,自此关于纳电子器件的研究引起了人们的广泛关注。但是,由于石墨烯为零带隙半导体,这就为直接使用石墨烯构建电子器件带来了巨大的挑战。与石墨烯属于同碳族材料的硅烯,是具有与石墨烯相似几何结构的新型二维材料,2012年,在实验上首次制备成功,证实了它的存在。而且,最重要的是硅材料兼有易于获得和制备的优点,并与当今的硅基半导体工艺兼容,因此在应用上有相当重要的前景。相较于石墨烯,基于硅烯的电子输运特性尚处于初步研究阶段,与此同时,利用电子的自旋属性以得到具有高速、低功耗、高度集成等优良特性的新型自旋电子器件,也成为当前研究的热点。基于此,我们采用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法,研究了基于硅烯纳米结构、有机单分子的电子输运性质,发现了一些新奇的输运现象...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1几种常见的纳米材料

?第一章绪论???机理和传统的宏观材料有明显差别，使用于宏观材料中的玻尔兹曼方程己不再有??效，对纳米结构的输运问题研究，需要从量子力学基本原理出发，考虑各种量子??效应对电子输运和器件工作的影响，建立新的理论框架，并根据不同纳米材料的??特点，设计出各种用途的纳电子器件。??

图1一石墨烯在狄拉克点附件具有线性的色散关系.

价电子构型为２ｓ２ｐ，价电子层没有ｄ轨道，根据杂化轨道理论，ｓｐ２、ｓｐ３杂化，由于不同的杂化轨道，空间取向不同，分子几何而碳元素可Ｌ：；形成多种物质结构形式，如金刚石、石墨炼、碳纳各种有机分子等。虽然各种碳结构的组成元素均为碳，但性质迴自然界最硬的物质，而石墨却是最软的，二者之....

图1-3扶手椅型和锯齿型石墨烯纳米带的结构示意图

山东大学博±学位论文締（ｇｒａｐｈｅｎｅ）是碳的另一同素异形体，它是由ｓｐ２杂化碳原子紧蜂窝状晶体结构，仅有一个原子层的厚度，其厚度只有０．３５ｎ的二维材料，可Ｗ看成是一种单原子层的石墨材料。这种特殊着丰富而新奇的物理性质。比如：在狄拉克点附近具有线性的＂７Ａ?（图１－２），其中....

图１－４银齿型石墨帰纳米带的输运性质

??带主要有两种边缘构型（图１－３）：银齿形和扶手椅型。这两种石墨婦纳米带具有??截然不同的电学和磁学性质口５－２９］，扶手椅型纳米带（ＡＧＮＲ）在特定宽度下为半??导体，其带隙随着宽度的增加而减小；销齿型纳米带（ＺＧＮＲ）具有边缘局域态，??理论计算表明，ＺＧＮＲ的基态为反铁磁....

本文编号：4042431