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物理学报 2008年第11期57卷 6926-6931页

作者：牛秀明齐元华山东医学高等专科学校济南250002 山东大学物理与微电子学院济南250010

采用基于密度泛函理论的非平衡态格林函数方法,研究了Pt-H2微结点在平衡态和低偏压下的电子输运行为,考察了电极-分子耦合形貌对结点输运性质的影响,并采用费曼路径概念从结点局域轨道出发分析了其输运特性.发现H2分子的反键轨道可以参... 详细信息

采用基于密度泛函理论的非平衡态格林函数方法,研究了Pt-H2微结点在平衡态和低偏压下的电子输运行为,考察了电极-分子耦合形貌对结点输运性质的影响,并采用费曼路径概念从结点局域轨道出发分析了其输运特性.发现H2分子的反键轨道可以参与结点的低偏压电子输运,偏压可以通过改变系统局域分子轨道来影响其输运性质.

关键词：分子结点电子输运非平衡态格林函数方法透射谱

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[Cu_2Pt(npa)_4X_2](X=Cl^-,NCS^-)金属串配合物电子传输性质的研究

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化学学报 2015年第11期73卷 1214-1218页

作者：周沃华陈蓉吴子文丁丹丹徐志广许旋罗一帆华南师范大学化学与环境学院广州510006 教育部环境理论化学重点实验室广州510006 广东省高校电化学储能与发电技术重点实验室广州510006 华南师范大学电化学储能材料与技术教育部工程研究中心广州510006

使用密度泛函理论(BP86)结合非平衡态格林函数(NEGF)方法研究金属串配合物[Cu2Pt(npa)4X2](X=Cl-(1),NCS-(2);npa=2-naphthyridylphenylamine)的电子结构和电子传输性质,研究发现:(1)由于轴向配体NCS-与Cu的结合比Cl-的强,使配合物1的Cu—Cu键比2的强而Cu—Pt键比2的弱,故1的π*Pt dxz/yz轨道与π*Cu-Cu能级差ΔE比2小.(2)1和2的传输通道均是β自旋的π*轨道,主要由π*Cu-Cu和π*Pt dxz/yz轨道组合而成.ΔE越小π*越离域,传输能力越强.在负偏压下和正偏压小于0.15 V时,1的电流大于2;但正偏压大于0.15 V后2的β电流显著高于1.(3)2具有较好的整流效应.ΔE越大,Pt→Cu方向的传输越容易,整流效应越强.正偏压下2的电流显著大于负偏压下的电流,0.15 V后2的整流比比1高10~40倍.(4)因ΔEβ<ΔEα,α自旋通道传输能力小于β自旋的,1和2具有良好的自旋过滤效应(高达80%~99%).

关键词：金属串配合物密度泛函理论非平衡态格林函数方法电子传输分子整流器

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基于硅烯和石墨烯自旋半导体纳米带的热自旋输运特性的研究

基于硅烯和石墨烯自旋半导体纳米带的热自旋输运特性的研究

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作者：张赵倩华中科技大学

学位级别：硕士

热激发自旋电子学是一门研究热与自旋相互关系的新型电子学,并已成为凝聚态物理一个热门的研究方向。近些年来,低维材料的快速发展为未来新器件材料的选择提供了方向。硅烯和石墨烯,由于它们本身独有的电子特性,以及优异的物理和化学性... 详细信息

热激发自旋电子学是一门研究热与自旋相互关系的新型电子学,并已成为凝聚态物理一个热门的研究方向。近些年来,低维材料的快速发展为未来新器件材料的选择提供了方向。硅烯和石墨烯,由于它们本身独有的电子特性,以及优异的物理和化学性能而受到了广泛的关注。本论文基于硅烯和石墨烯两种材料,将其构造成具有自旋半导体特性的纳米带,并将其设计为热自旋电子学器件。采用了基于第一性原理的密度泛函理论和非平衡态格林函数理论相结合的方法,对以上器件的热自旋输运性质进行研究。主要内容如下:(1)我们设计了一种不规则的类锯齿型的硅烯纳米带(Sawtooth-like Silicene Nanoribbons,ST SiNRs),对纳米带边缘加氢钝化后,发现其自旋向上和自旋向下的能带在费米面处都存在能隙,表现出自旋半导体特性。随后,在基于ST SiNRs构成的同质结器件中,我们研究了相关的热自旋电流输运性质。该器件是左右电极都用两个半无限长、双边都加一个氢原子钝化的ST SiNRs形成的同质结。计算结果表明,当我们在左右电极施加温度梯度时,由于ST SiNRs特殊的能带结构,热激发载流子可能会产生纯净的自旋流,特别是自旋方向不同的电子产生的自旋流数值几乎相等,得到了完美的自旋塞贝克效应。并且对于总自旋流而言,表现出自旋塞贝克二极管效应。另外,我们计算了不同宽度的纳米带构成的器件的热电输运性质。通过计算发现,偶数宽度的纳米带由于自旋向上电流和自旋向下电流曲线较为对称,更有利于自旋塞贝克效应和自旋塞贝克二极管效应的产生,并且在总的电荷流中发现了负微分电阻效应。相比较而言,奇数宽度的ST SiNRs在温度梯度的作用下,仍然有二极管效应,能够同时产生自旋流和电荷流。同时我们还研究了另一种不规则的类似于“T”字形的硅烯纳米带(TSiNRs)结构的热自旋输运性质,在这种结构中我们同样发现了自旋塞贝克效应及自旋塞贝克二极管效应,但在TSiNRs中,这些效应的出现与纳米带宽度的奇偶没有明显关系。这些发现可以推广到其他的自旋半导体材料中,并且为热激发自旋电子学器件以及材料的设计拓宽了思路。(2)我们研究了一种新型的锯齿型石墨烯纳米带(Zigzag Graphene Nanoribbons,ZGNRs),该纳米带结构由两条最窄GNRs通过碳四元环在恰当的位置连接起来,其Zigzag方向上的宽度为5个碳原子,形成新型锯齿型石墨烯纳米带(5,5)-ZGNRs。我们将其边缘碳原子都用一个氢原子钝化,形成左右电极都为半无限长的氢原子钝化的(5,5)-ZGNRs同质结。我们同样对该同质结器件进行了热自旋输运性质的研究。结果表明,这种石墨烯纳米带基态为反铁磁态,并呈现出自旋半导体的特性。在温度的诱导下,该器件中产生了往相反方向流动的自旋向上和自旋向下的电流,出现了自旋塞贝克效应。此外,我们通过加门压的方法来调控自旋流可以产生热自旋过滤效应以及完美的自旋塞贝克效应。基于这种结构的器件,其潜在的应用价值将对未来新型电子器件的改进带来巨大的作用。

关键词：热自旋电子学第一性原理不规则硅烯纳米带非平衡态格林函数方法自旋半导体密度泛函理论自旋塞贝克二极管自旋塞贝克效应不规则石墨烯纳米带

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自旋偏压驱动的量子输运特性研究

自旋偏压驱动的量子输运特性研究

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作者：段亚南山西大学

学位级别：硕士

自旋电子学一直是当今的前沿研究领域,其发展对于微电子、光电子以及信息产业影响重大。本文首先回顾了量子输运的一些效应,如量子隧穿、库仑阻塞效应,介绍了自旋偏压和纯自旋流的研究现状以及非平衡态格林函数方法。接着,我们研究了微... 详细信息

自旋电子学一直是当今的前沿研究领域,其发展对于微电子、光电子以及信息产业影响重大。本文首先回顾了量子输运的一些效应,如量子隧穿、库仑阻塞效应,介绍了自旋偏压和纯自旋流的研究现状以及非平衡态格林函数方法。接着,我们研究了微波场下自旋偏压驱动的量子点模型。结果表明,外加磁场破坏量子点能级的自旋简并,使得电荷流和自旋流的共振峰劈裂开,得不到纯自旋流。加上微波场后,电子可以吸收光子获得能量,等效于增加量子点输运的通道数,电流中出现光子边带峰。特别在强微波场作用下,由于多光子过程的作用光子边带峰的数量明显增多。最后,我们研究了自旋偏压驱动的单分子磁体的量子输运特性。我们只考虑分子磁体的两个自旋简并基态,将其简化为一个二能级模型,分子的中性态和荷电态以及它们的自旋简并基态可以等价于一个耦合的双量子点模型,利用分子的福克态构造系统输运的哈密顿量,由非平衡格林函数的方法计算系统自旋分离的荷电流,自旋偏压下,系统中形成纯的自旋流。通过门电压,可以改变分子磁体从中性态变到荷电态跃迁能的大小,这些跃迁能级刚好就是电子输运的共振能级,随着共振能级相继进入自旋偏压窗口,相应的自旋流出现了共振峰,共振峰很好的对应着跃迁能级。这些结论对有助于更好的了解量子输运过程,同时为自旋电子学的发展提供了很好的理论帮助。

关键词：自旋偏压自旋流非平衡态格林函数方法量子输运

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基于黑磷纳米带的热自旋输运性质的研究

基于黑磷纳米带的热自旋输运性质的研究

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作者：杨雨蓉华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,科研工作者发现一些低维量子材料具有很好的热电效应和热致自旋流效应,使得低维材料在新型热自旋器件中有重要应用,并同时促进了热自旋电子学的发展。越来越受人瞩目的新材料——黑磷已经成功地在实验上制备出来。为了能实现其... 详细信息

近年来,科研工作者发现一些低维量子材料具有很好的热电效应和热致自旋流效应,使得低维材料在新型热自旋器件中有重要应用,并同时促进了热自旋电子学的发展。越来越受人瞩目的新材料——黑磷已经成功地在实验上制备出来。为了能实现其在量子器件中的应用,本文以黑磷纳米带作为研究对象,设计与之相关的自旋电子学器件;并采用基于第一性原理的密度泛函理论与非平衡态格林函数理论相结合的研究方法,研究了该纳米带器件的热自旋输运特性。目前关于黑磷纳米带自旋电子学器件的研究并不多。因此,我们构造了一个基于锯齿型黑磷纳米带的同质结器件。首先,我们研究了不同宽度下黑磷纳米带在铁磁态和反铁磁态下的能带结构,发现随着宽度的增加,铁磁态的黑磷纳米带自旋向上和自旋向下的能带将逐渐打开带隙;随后,我们以宽度N=15的纳米带同质结器件为例,研究其热自旋输运性质,发现热自旋流表现出较好的自旋塞贝克(Spin-Seebeck)效应。该效应说明锯齿型黑磷纳米带同质结器件可产生纯热自旋流。考虑到低维材料可以通过缺陷、掺杂等改变其电子结构,我们对锯齿型黑磷纳米带个别格点移去磷原子以形成缺陷。由于黑磷具有很好的延展性,我们对具有缺陷的黑磷纳米带进行拉伸处理,同时纳米带边缘用氢原子钝化。通过对其能带结构的计算发现,当缺陷越靠近边缘时,黑磷纳米带自旋向上和自旋向下的能带将逐渐打开带隙。基于该特性,我们构建了一个锯齿型边缘缺陷并拉伸的黑磷纳米带同质结器件。取宽度N=8,随着拉伸强度的增加,该纳米带自旋向上和自旋向下的带隙将略有增加;通过调控两极的温度,我们得到流动方向相反且自旋取向相反的自旋流,说明该器件热激发自旋流呈现出较好的自旋塞贝克效应,电荷流较净的热自旋流要小很多。随后,我们通过增加纳米带的宽度,研究其热自旋输运性质。研究发现取拉伸强度为1%,随着纳米带宽度的增加,自旋流和电荷流都有不同程度的减小。对宽度N=10的纳米带,虽电荷流几乎为零,但热净自旋流却很小。然而,当拉伸强度为8%时,器件不但呈现出较好的自旋塞贝克效应,而且净自旋流随宽度的增加而增大,宽度增加到N=10时,净电荷流还呈现出了负微分电阻效应。说明该结构的黑磷纳米带材料对热自旋电子学器件的设计和应用是有意义的。最后,我们讨论了悬挂硫原子的锯齿型黑磷纳米器件的热自旋输运性质,发现只有在铁磁态下该结构的能带才会出现自旋劈裂现象,而且会随着宽度增加变得稳定;但是拉伸并不会造成加硫钝化的黑磷材料改变性质。这样的器件诱导的热自旋流有非常好的自旋过滤效应,因为只有自旋向上的电流在整个温度调节的过程中变化,而自旋向下的电流却始终保持为零,说明这样的结构可以应用到自旋依赖的温控开关等器件中。

关键词：热自旋电子学第一性原理黑磷自旋塞贝克效应非平衡态格林函数方法密度泛函理论热自旋过滤效应

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微结点力学性质及电子输运行为的理论研究

微结点力学性质及电子输运行为的理论研究

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中国化学会第26届学术年会理论化学方法和应用分会场

作者：齐元华关大任武剑张冬菊刘成卜山东大学理论化学研究所山东大学理论化学研究所山东大学理论化学研究所山东大学理论化学研究所山东大学理论化学研究所

＜正＞由于具有奇特的力学和电子输运性质,近年来,微结点得到了来自实验和理论上的广泛关注。本报告给出近期在这一领域进行的两个有价值的研究:一、利用密度泛函理论和非平衡态格林函数方法,我们研究了H-Pt微结点体系中的电子输运行为... 详细信息

＜正＞由于具有奇特的力学和电子输运性质,近年来,微结点得到了来自实验和理论上的广泛关注。本报告给出近期在这一领域进行的两个有价值的研究:一、利用密度泛函理论和非平衡态格林函数方法,我们研究了H-Pt微结点体系中的电子输运行为,得出了微分电导随偏压的变化,与实验结果

关键词：微结点非平衡态格林函数方法密度泛函理论

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