硼氮掺杂对锯齿型硅烯纳米带器件中自旋输运的调控

采用密度泛函理论和非平衡格林函数方法,研究了硼和氮原子单独掺杂对锯齿型硅烯纳米带器件中自旋输运行为的调控作用。研究发现硼和氮原子都是掺杂在锯齿型硅烯纳米带的边缘最稳定。硼和氮原子的掺杂区域对器件的自旋输运性质起着关键作用:当掺杂在器件的散射区时,可发现微小的自旋劈裂现象;但是当掺杂在电极区时,会出现较明显的自旋劈裂现象,相应的自旋过滤效率可高达100%。

碳化硅纳米带“品”型器件的第一性原理研究

文章基于锯齿形碳化硅纳米带,通过将中间部分结构在空间上进行向上平移,再翻转180°形成异质结,保留碳边缘通道,形成“品”型三端异质结器件,并利用密度泛函理论和非平衡格林函数的计算方法,研究该三端器件的电子输运特性。计算结果表明:无论是在铁磁态还是反铁磁态下,一种自旋电子都能从一端电极经由异质结单边通道渡越到另一端电极,实现了100%的自旋极化电子输运;当对中心区外加栅压时,电流随着栅压增加而减小,当栅压大于0.5 V时,器件内部电子输运通道关闭,2种自旋电子均不能通过三端器件,表明通过栅极电压可以实现对器件内部电子输运能力的调控;若器件受到外力产生形变,只要形变量小于6.7%,电子输运能力几乎不改变。研究结果为基于碳化硅纳米带的纯自旋流器件的设计提供了有力的理论依据。

多空位缺陷和硼氮杂质对锯齿型石墨烯纳米带电子结构的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究多空位缺陷和掺杂对对称性锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)的电子结构的影响。研究结果表明,具有相同位置的多空位缺陷或氮掺杂的对称性ZGNR显示了半金属特性,而硼掺杂的对称性ZGNR显示了半导体性质。石墨烯纳米带的锯齿形边缘上和空位缺陷处都存在自旋极化的电子态,并且边缘上电子自旋呈反铁磁性排列。具有多空位缺陷的ZGNR磁矩依赖于带宽、空位缺陷的构型以及空位缺陷与边缘的距离,从而磁矩随着带宽的增加呈现震荡效应。这种特殊的缺陷和掺杂效应可用来设计新颖的自旋电子器件。

锰掺杂锯齿型石墨烯纳米带电磁学特性研究

基于密度泛函理论的第一性原理,计算了锰原子单空位掺杂锯齿型石墨烯纳米带6种不同位置时的电磁学特性。结果表明:锰原子掺杂石墨烯纳米带的能带结构对掺杂位置十分敏感。随着锰掺杂位置的变化,掺杂石墨烯纳米带分别表现出半导体性和金属性特征。锰原子掺杂石墨烯纳米带改变了原本的磁性特征,掺杂位置不同,结构磁性特点也不相同,掺杂位置在4号位置时,纳米带实现了由反铁磁态的锯齿型石墨烯纳米带向铁磁性的转化。锰原子掺杂锯齿型石墨烯纳米带可以调制其磁性和能带特性,为石墨烯纳米带在电磁学领域应用提供一定的理论依据。

B-N链对锯齿型石墨烯纳米带电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了边缘对称和反对称的锯齿型石墨烯纳米带的电子结构,考察了B-N链掺在不同位置时的影响。研究结果表明:B-N原子链有向边缘迁移的现象,并且其掺杂在石墨烯纳米带中央时对体系电子结构的改变很小,而掺杂在边缘时会使体系在费米能级附近的能带结构发生显著的变化。边缘被B-N链取代的石墨烯纳米带的能隙被打开,并产生了明显的自旋非简并现象。这些现象的出现归因于掺杂体系中边缘电子态的重新分布。

边缘掺杂对应力作用下锯齿型石墨烯纳米带I-V特性的影响

利用第一性原理计算得到边缘n-型氮N和p-型氧O掺杂的6-锯齿型石墨烯纳米带在外加非轴向应力作用下的I-V特性曲线.研究结果表明,边缘掺杂在低偏压条件(VBias<0.5 V)下增强锯齿型石墨烯纳米带的导电能力,在偏压大于1.0 V后将减弱系统的导电能力;外加非轴向应变却能在较宽的偏压范围内增强系统的导电能力.该结果对基于锯齿型石墨烯纳米带的纳米电子、光电子器件的研究和设计具有较重要的意义.

锯齿型石墨烯纳米带的电子输运性质

利用基于紧束缚模型的非平衡格林函数方法研究了锯齿型石墨烯纳米带的电子输运性质。采用Sancho-Rubio算法计算了电极的表面格林函数。分析和讨论了中心器件的宽度不同时能带结构、透射系数、态密度对电子输运的影响。结果表明,透射系数出现了量子化台阶。随着中心器件的宽度的增大,可用的电子能带的数目在增加,透射系数的台阶数也增加。电子能带增加一条时,电子通道多开辟一个,透射系数也增加一个台阶。计算发现在费米能附近的态密度出现了一个很高的峰值。研究结果将为纳米电子器件设计提供参考。

锯齿型石墨烯纳米带边界态

基于Kane-Mele紧束缚模型,在包含自旋轨道耦合作用和塞曼作用项后,我们又引入更为合理的自洽在位库仑相互作用,分析研究各相互作用项对边界带的能带结构和电子分布特征的影响.研究结果表明,自旋轨道耦合作用导致自旋简并劈裂出现非常小的能隙,自洽在位库仑相互作用可使能隙增加,边界带范围增加,而塞曼效应却能保护边界带原有的拓扑属性,使边界带穿过能隙,同时也保护边界态在局域边界的自旋极化特征;4个边界能带由左右两组边界子能带系构成,各边界子能带系在费米能处形成左右能隙和费米波矢,其自旋量子霍尔系统构型属于B型.

基于SSH模型的锯齿型边石墨烯纳米带电子能谱研究

利用SSH(Su-Schrieffer-Heeger)模型研究了2条聚乙炔链键与键平行和非平行结构耦合的电子能谱.两者的电子能谱与耦合强度之间有类似关系,但平行结构受耦合强度的影响更大些.在此基础上,将耦合链模型应用于锯齿型石墨烯纳米带的电子能谱计算,并给出了解析色散关系.同时,还研究了电子能谱与其耦合强度的关系,耦合越强,能带越宽.

钒边缘修饰扶手椅型硅烯纳米带中的自旋输运

利用结合密度泛函理论和非平衡格林函数方法的第一性原理模拟计算,系统地研究了边缘钒原子钝化的扶手椅型硅烯纳米带(ASi NR)的自旋输运性质。采用过渡金属钒和卤族氟原子对ASi NR边缘进行修饰,设计了三种新型的晶体结构。通过构造相应的两极器件系统并计算模拟出不同电极磁化构型下的电子透射谱,发现它们都具有自旋过滤和巨磁电阻效应。此外,在电极反铁磁构型(AFM)下,温度处于-223≤T≤-123℃时,其中一个系统表现出较好的自旋热电效应。

环境对窄锯齿型石墨烯纳米带中边界带的影响

在描述自旋轨道耦合的紧束缚Kane-Mele模型的基础上,我们通过改变边界处原子间的跃迁系数来模拟环境对石墨烯纳米带边界带的影响.理论研究结果显示,对双边跃迁系数同等调控时,随着跃迁系数的增大,两个边界子能带的费米波矢都在向0.5靠近,能隙线性减小.进一步研究表明,通过单边调控原子间的跃迁系数,可对相应边界子能带的结构参数进行调控.

Co、Ni-锯齿型石墨烯纳米带体系的磁性与电子结构研究

采用自旋极化的密度泛函理论计算方法研究Co、Ni吸附的锯齿型石墨烯纳米带(n=6,8,10)的几何构型、电子结构与磁性。在真空环境里,吸附过渡金属面后,锯齿型石墨烯纳米带发生弯曲,金属面大多不平整,且在n=8,10的锯齿型石墨烯纳米带上Co、Ni原子倾向于团聚成立体团簇。所有的Co、Ni-锯齿型石墨烯纳米带体系都是金属性的。计算结果表明,石墨烯纳米带的类一维性和边界形状将影响多个金属原子吸附后的堆积构型,同时锯齿型石墨烯纳米带作为吸附底物使吸附的过渡金属产生与无基底支持的二维、三维金属体系和石墨基底上吸附的过渡金属不同的磁性。

边缺陷诱导的双层锯齿型石墨烯纳米带能隙

双层锯齿型石墨烯纳米带无能隙,不利于设计石墨烯场效应晶体管,边界线缺陷可打开能隙,使双边占据格点波函数变为单边占据,为设计双层石墨烯纳米器件提供理论支持.本文利用紧束缚模型,计算了双层锯齿型石墨烯纳米带能谱和格点波函数.数值计算表明,边界线缺陷层间跃迁可打开AA堆叠能隙,边界线缺陷占位能可打开AB堆叠能隙.双层锯齿型石墨烯纳米带的弱局域化行为与单层不同,缺陷占位能和层间跃迁可分别使双边占据的波函数变为单边占据,适当的缺陷占位能可使电子在上层(或下层)呈现优势占据.利用非平衡格林函数方法,研究了两端口有限尺寸双层锯齿型石墨烯纳米带的电子输运,计算了有边界线缺陷时体系的局域态密度和透射概率.

锯齿型石墨烯纳米带用于锂硒正极材料性能的第一性原理研究

硒-石墨烯体系是一种新型的锂离子电池正极材料,引起了广泛的关注.通过第一性原理的计算,发现单个Se原子和Sen(n=2,3,4,6,8)团簇都更偏向于吸附在锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)的边缘位置.此外,研究了锂吸附在Sen@ZGNRs(n=1,2)上的理论容量.Se1@ZGNRs系统显现出比Se2@ZGNRs更好的容量.本文不仅从理论上阐述了Li、Se原子与ZGNRs之间的吸附行为,而且从Se原子数的角度出发,为提高锂硒正极材料的性能提供了新的策略.

线缺陷对锯齿型石墨烯带能谱和边态的调控

研究了边界线缺陷对锯齿型石墨烯带能谱和边态的调控.利用紧束缚模型和格林函数方法,我们计算了石墨烯带的色散关系、局域态密度、电导和格点波函数.数值计算结果表明边界线缺陷占位能不仅能连续调控费米面附近平带部分的色散关系,而且能将原来的双侧边态调控为单侧边态量子通道.线缺陷的交叠积分可连续调控导带底弯带部分的色散关系,使电子更集中地占据单侧边态.导带底在第一布里渊区边界的边态对线缺陷有鲁棒性.

zigzag型石墨烯纳米带电学性质第一性原理研究

采用第一性原理计算了zigzag型石墨烯纳米带的电学性质。计算结果表明:zigzag型石墨烯纳米带的能带结构与碳纳米带的宽度密切相关;掺杂Al原子的ZGNR显示半导体特性。计算结果能为石墨烯纳米带改性实验提供有效指导,有利于推动石墨烯纳米带在纳电子学方面的应用。

美国科学家利用光热合成石墨烯纳米带

随着电子设备体积越来越小,利用传统硅材料制造微小电子元件的挑战日益增大,成本不断增加,石墨烯成为制造下一代电子元器件的重要材料.日前,美国加州大学洛杉矶分校的化学家开发出一种生产石墨烯纳米带的新方法,研究成果发表在《美国化学会志》上.

金掺杂锯齿型石墨烯纳米带的电磁学特性研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了金原子填充锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)中双空位结构的电磁学特性.计算结果表明:边缘位置是金原子的最稳定掺杂位置,杂质原子的引入导致掺杂边缘的磁性被抑制,不过掺杂率足够大时,掺杂边缘的磁性反而恢复了.金掺杂纳米带的能带结构对掺杂率敏感:随着掺杂率的增大,掺杂纳米带分别表现半导体特性、半金属特性以及金属特性.本文的计算表明金原子掺杂可以调制ZGNR的磁性以及能带特性,为后续实验起指导作用,有利于推动石墨烯材料在自旋电子学方面的应用.

锯齿型石墨烯纳米带的能带研究

运用π电子紧束缚模型,具体研究了锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)的边界结构对能带,特别是费米面附近的导带和价带电子的影响.计算了七种不同边界结构的ZGNRs的能带色散关系及费米面附近价带电子在原胞中各原子上的分布情况.计算结果表明:两边界都无悬挂原子的NN-ZGNRs,只有一边界有悬挂原子的DN-ZGNRs,两边界都有五边形环的SPP-ZGNRs和ASPP-ZGNRs为金属性.两边界都有悬挂原子的DD-ZGNRs,一边界为五边形环另一边界无悬挂原子的PN-ZGNRs和一边界为五边形环另一边界有悬挂原子的PD-ZGNRs都为半导体性,但是随纳米带宽度的增加,DD-ZGNRs和PD-ZGNRs的带隙很快减小至零,而PN-ZGNRs的带隙随宽度呈指数衰减至一个有限值0.154eV.结果也显示出不同边界结构对费米面附近价带上电子分布产生的影响不同,在石墨烯边界原子上电子概率都相对较高.

锯齿型石墨烯纳米带结的自旋输运性质

用第一性原理密度泛函理论和非平衡格林函数理论,研究上下两层石墨烯的交叠面积对于断裂的锯齿型石墨烯纳米带结自旋输运性质的影响。结果表明:吸附石墨烯纳米片后体系呈现半导体输运特性,自旋向上和自旋向下的电流呈非简并,且随着交叠碳原子链的减少,自旋输运性质变弱。但是,在边缘吸附时,由于自旋向上和自旋向下的HOMO+1、HOMO和LUMO均具有非常好的扩展性,体系的自旋输运性质最好。此研究为制备石墨烯电路及器件提供理论参考。