外尔半金属及黑磷的电磁输运性质的研究

发布时间：2020-05-24 03:07

【摘要】：本文从理论上研究了外尔半金属和黑磷材料的电磁输运性质。我们的研究包括外尔费米子的基本物理特征和利用这些输运特性在微电子结构中实现电子器件的功能,以及基于第一性原理模拟计算并分析黑磷纳米器件的输运性质。全文分为如下五个部分:第一章为绪论,主要介绍近年纳米材料和纳米器件的研究背景,研究动机和一些重要的研究进展。尤其关注近年来吸引众多研究者兴趣的外尔半金属和黑磷材料。介绍本论文采用的理论方法,简单的介绍了散射矩阵的方法和紧束缚近似模型,Hatree-Fock方法与密度泛函理论。第二章我们研究了双磁垒下外尔半金属的电子输运,我们从理论上研究了外尔半金属中电子在不同构型磁垒下的输运性质。我们发现具有方向依赖性的电子隧穿效应,该隧穿效应可以由磁场的构型和门电压加以调控。对于双层Delta函数型磁垒的情况下,动量过滤效应变得更加显著。电子在输运过程中出现了很多Fabry-Perot共振态,两个磁垒之间的间距可以调控该共振态振幅的大小。磁场和电势垒的组合效应可以加剧平行和反平行磁化结构的电子输运的差异,因此导致巨大的磁阻效应。第三章我们研究了周期磁场下外尔半金属中电子的输运性质,我们理论上研究了方形和Delta函数型平行磁化结构的输运和电导。我们发现通过周期势垒结构的电子输运取决于入射角、费米能、磁场和门电压。在这个系统下,通过改变磁场和超晶格层数可以显著调制隧穿的磁阻效应。我们发现电子透射几率展示了一个有趣的动量过滤性质,这个性质可以通过调制入射角度和费米能量和磁场以及两个势垒之间的宽度加以调控。在方形周期磁垒的情况下,超晶格层数的增加能显著的增加其动量过滤性质。而在Delta函数型周期垒的情况下,其动量过滤性质与超晶格层数无关。这些研究为我们提供了一个调控电子输运的有效方法和利用外尔半金属材料构建电子器件的新的方案。第四章我们研究了边缘修饰的锯齿形黑磷纳米器件的负微分电阻现象。首先我们探讨不同原子边缘饱和的锯齿形黑磷纳米带的能量相对稳定性,在优化电子结构后,我们对边缘饱和的锯齿形黑磷纳米带的稳定性进行了系统的研究。然后探究不同边缘饱和原子对黑磷纳米带能带结构的影响。最后计算了由N、H、O原子边缘饱和的锯齿形黑磷纳米器件的自洽计算电流-电压的伏安(I-V)特性。发现这样的器件表现出与边缘饱和原子依赖的输运特性,呈现出多峰负微分电阻效应的特征。特别的,对于O原子的边缘饱和,可以得到非常大的负微分电阻现象,这为今后构建新的负微分电阻器件打下理论基础。第五章是本论文的简要总结。
【图文】：

黑磷的带隙与黑磷的层数有着密切的关系，其块状多层黑磷带隙约为0．３ｅＶ，逡逑单层黑磷的带隙约为１．５２ｅＶ，其带隙随着层数的增加而减小，单层黑磷中能带逡逑间隙的增加是因为导带顶和价带底之间存在夹层杂质而导致的［３２】。图１．１显示的逡逑是黑磷纳米带的晶体结构，类似石墨烯晶体的几何结构，，可以沿着不同的方向对逡逑其裁剪成锯齿型磷烯纳米带和扶手椅型磷烯纳米带，也可以对其进行掺杂、边缘逡逑化学修饰、外加电场和缺陷等方法来调控黑a惖氖湓诵灾剩郏常常撸常叮荨ｅ义希冲义

本文编号：2678359