石墨烯纳米带异质结的热自旋输运性质的研究

石墨烯纳米带及其异质结因其丰富而优异的物理性质,引起了人们的广泛关注。基于密度泛函理论结合非平衡态格林函数方法研究了不同宽度碳链N(N=6、8、10)的单氢钝化和双氢钝化的石墨烯纳米带所构成的异质结的热自旋输运特征,在N=6体系中发现了热自旋过滤效应;N=8体系中发现了自旋塞贝克效应;N=10体系中发现了自旋塞贝克效应、负微分自旋塞贝克效应以及热负微分电阻效应,为热自旋纳米电子学器件的研究提供了理论指导。

氮化硼纳米带功能化碳纳米管的热自旋输运性质

热自旋电子学器件结合了自旋电子学和热电子学各自的优点,对人类可持续发展具有重要作用.本文研究了锯齿形BN纳米带(ZBNRs)共价功能化碳纳米管(SWCNT)的电子结构,发现ZBNRs-B-(6,6)SWCNT为磁性半金属,nZBNRs-B-(6,6)SWCNT(n=2—8)为磁性金属;nZBNRs-N-(6,6)SWCNT(n=1—8)为双极化铁磁半导体;4ZBNRs-B-(4,4)SWCNT和4ZBNRs-N-(4,4)SWCNT为磁性半金属,4ZBNRs-B-(m,m)SWCNT(m=5—9)为磁性金属;4ZBNRs-N-(m,m)SWCNT(m=5—9)为双极化铁磁半导体.然后,基于锯齿形BN纳米带共价功能化碳纳米管设计了新型热自旋电子学器件,发现基于ZBNRs-N-(6,6)SWCNT的器件具有热自旋过滤效应;而8ZBNRs-N-(6,6)SWCNT和nZBNRs-B-(6,6)SWCNT(n=1,8)都存在自旋相关塞贝克效应.这些发现表明BN纳米带功能化碳纳米管在热自旋电子学器件方面具有潜在的应用.

具有连续反量子点的石墨烯纳米带中纯自旋流的实现

热自旋电子学结合了热电子学和自旋电子学二者的优势,在构建高速、低能耗器件技术上具有广泛的应用前景.本文基于密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法,研究了在铁磁态石墨烯纳米带中沿带宽方向引入连续反量子点(六元环缺陷)以获得纯自旋流的模型.计算发现,在纳米带的单边引入反量子点会破坏纳米带结构的完整性,导致器件的透射谱在费米能级附近呈现"X"形交叉.在温度场下,不同自旋的电子朝相反方向流动,形成了自旋流和电荷流,并且通过微调器件的化学势可以获得电荷流为0,自旋流不为0的纯自旋流.结果表明,对于具有W条链宽的锯齿型石墨烯纳米带,当沿纳米带带宽方向连续引入反量子点数满足(W/2-1)时,即可获得最大的纯自旋流,这一研究结果为设计基于石墨烯纳米带的纯自旋流器件提供了有力的理论依据.

反应磁控溅射氧化镍薄膜的自旋塞贝克效应

自旋塞贝克效应是由(亚)铁磁体中的温度梯度引起自旋塞贝克电压信号的现象,目前已成为热自旋电子学研究的热点领域之一。本文采用反应磁控溅射工艺在Si衬底上沉积NiO薄膜,分别研究了溅射功率、氧氩比例、溅射气压、衬底温度对NiO薄膜微观结构和表面形貌的影响,实验中反应磁控溅射最适工艺条件为溅射功率110 W、氧氩比例0.15(O_(2)15 mL/min;Ar 100 mL/min)、溅射气压0.3 Pa、衬底温度400℃。研究了Si/NiO/Pt结构中温度梯度(温差)、磁场角度、NiO厚度变化和Pt厚度变化对自旋塞贝克电压的影响。结果表明,自旋塞贝克电压与温差呈简单的线性关系,温差越大测得的自旋塞贝克电压越高;磁场角度与自旋塞贝克电压之间满足余弦函数关系式,即在0°和180°时所得自旋塞贝克电压最大,90°和270°时为零;反铁磁性绝缘层NiO的厚度越大,所测得的自旋塞贝克电压信号越强;顺磁金属层Pt的厚度越大,自旋塞贝克电压信号越弱。

外延石墨烯纳米带中纯自旋流的实现

基于热自旋电子学制造的器件具有性能高、能耗低以及集成度高等特点,采用第一性原理计算的方法对体系进行研究,建立了在铁磁态石墨烯纳米带两个边缘外延出相同等腰三角形结构以获得纯自旋流的模型。计算结果表明,对该结构施加温度场可以驱动器件中的不同自旋电子向相反方向运动,形成自旋流和电荷流,微调器件的化学势可以实现电荷流为0,自旋流不为0的纯自旋流。这一研究结果为纯自旋流器件的设计提供了理论依据。

SiN-SiC纳米薄膜自旋相关的塞贝克效应研究

热自旋电子学结合了自旋电子学和热电子学各自优势,对人类可持续发展具有十分重要的作用。本文提出了一种基于SiN-SiC纳米薄膜的新型热自旋电子学器件。发现在源极和漏极之间施加温度场,可以获得方向相反、大小几乎相同的具有自旋极化取向的电流,即为自旋相关塞贝克效应。而且,在热电荷流中还存在着热负微分电阻效应。这些发现为设计基于SiN-SiC纳米薄膜的高效率热自旋电子学器件提供了理论指导。