基于二維材料碳化硅及硅烯納米帶的熱自旋輸運性質的研究.pdf

1、基于自旋電子學及熱電子學相結合的熱自旋電子學在未來的的信息科學中有著廣泛的應用，為未來開發(fā)出多功能材料和器件，特別是未來熱電轉換和低能耗器件的設計指明了新的方向，打破了傳統(tǒng)電子學和自旋電子學的局限。本文采用基于密度泛函理論并結合非平衡態(tài)格林函數的方法，分別研究了鋸齒型碳化硅及低翹曲結構硅烯納米帶構建的異質結器件的熱自旋電流輸運性質,具體開展了如下兩個方面的工作：
　?。?）我們設計了一個基于鋸齒型邊緣碳化硅納米帶異質結的兩極器件，

2、并研究了其溫度差誘導的熱自旋電流輸運性質。該器件是由左電極的硅原子邊緣用兩個氫原子鈍化和碳原子邊緣用一個氫原子鈍化，同時右電極的硅原子和碳原子邊緣都用一個氫原子鈍化，異質結的寬度由四個原子組成。通過計算它的熱自旋電流輸運的結果顯示：熱自旋極化電流隨溫度及溫差變化曲線在超過一定的溫度,大約300K處，它的熱自旋向下的電流急劇增長，同時它的熱自旋向上的電流幾乎為零，表現了由溫差誘導的完美的自旋過濾效應和效率極高的溫控自旋開關效應。除此之外，

3、熱自旋電流隨溫度變化曲線還表現出熱致負微分電阻效應并伴隨有量子震蕩現象。因此，我們預測鋸齒型碳化硅納米帶可以用來設計出具有多功能的熱激發(fā)自旋電子學器件。
　　（2）我們構造了硅烯納米帶（N-ZSiNRs）異質結器件，研究了鋸齒型邊緣硅烯納米帶的熱自旋輸運性質。我們同樣構造了一款左半無限長硅烯納米帶單邊用一個氫原子鈍化，右半無限長雙邊緣都由一個氫原子鈍化的異質結。首先研究了(4-ZSiNR-H)/(4-ZSiNR-H2)器件的熱電輸

4、運，研究結果表明通過源極和漏極間溫差的調控，該器件的熱自旋電流自旋向上和自旋向下的電流分別向著相反方向流動，凈電荷流幾乎為零，表現出了完美的自旋塞貝克效應。我們通過調控外加磁場實現巨磁阻效應。同時我們計算了不同寬度的硅烯納米帶(N-ZSiNR-H)/(N-ZSiNR-H2)（其中N表示垂直于ZSiNRs的armchair方向Si原子個數）器件的熱電輸運,研究結果顯示偶數N的硅烯納米帶其自旋向上的電流和自旋向下的電流數量級相當，電流曲線幾

5、乎完全對稱，并在某些溫度處其總的電荷流為零，即只有純凈的自旋流，大大減少了器件的能量耗散，從而更有利于熱激發(fā)自旋電子學的應用。而奇數 N的納米帶破壞了熱自旋流的對稱性，具有較大的總電荷流，并且總的電荷流呈現出了豐富的物理性質。另外我們也能通過門電壓來調控奇數寬度的硅烯納米帶，尋找到了一種可靠的調節(jié)實現純凈自旋流的方法，且通過門電壓可以調節(jié)總的電荷流實現負微分電阻效應和整流效應。最后通過固定一端左電極溫度，我們改變溫差的方向，同時發(fā)現了自