镍原子结和黑磷的电子输运及光电输运特性研究

发布时间：2020-05-19 11:57

【摘要】：新颖纳米电子器件是目前研究的一个重要方向。一些低维材料如一维金属镍原子结以及黑磷等二维半导体材料表现出了优异的电学、力学及光学性能,显示了在光电探测、高密度存储及传感器等领域的巨大应用潜力。本论文采用第一性原理方法结合非平衡态格林函数理论研究了镍原子结及黑磷的光电输运特性。本论文首先研究了镍原子结在吸附氢原子或氢分子后出现小电导的机理。镍原子结在吸附氢分子后可形成Ni-H_2-Ni结构,其电导约为0.7G_0,主要是由氢气分子的反键态和相邻镍原子的3d轨道发生强耦合而导致的;当吸附两个个氢原子形成Ni-2H-Ni结构时,电导约为1G_0,并且是弱自旋极化的,当原子结中的原子间距较小的时候自旋向下的电导起主导作用。其次,我们研究了门电压调控的黑磷(单层黑磷)光电探测器的光生电流效应。结果表明,门电压或由黑磷/蓝磷组成的异质结都可破坏黑磷的反演对称性,在偏振光照射下无需施加源-漏电压即可产生显著的光生电流效应;施加门电压后,黑磷/蓝磷异质结的光电流明显增大,比黑磷的光电流大3个数量级,还可得到高达数百的消光比;此外电子和空穴在黑磷/蓝磷异质结结构中是空间分离的,极大地降低了电子-空穴的复合率,从而有利于异质结产生持续的光电流。最后研究了磁性镍-氧原子结在低偏压下以及低温差下自旋极化的电输运性质。研究表明,在0~100 mV偏压范围内可得到稳定的隧穿磁阻率和较高的电流自旋注入率,其中隧穿磁阻率大于60%,自旋平行结构的电流自旋注入率大于65%;在20~200K的温差范围内,自旋反平行结构的自旋注入率高于45%,并且自旋向上与自旋向下的电流流向相反。
【图文】：

在高密度存储、磁传感器及自旋场效应管等多个领域具有，由于器件尺寸达到了纳米级别，这个时候可显著改变器题开始凸现，并且传统的自旋电子器件依靠自旋极化的电（递信息，，但这种方式中产生的电流会造成能耗，并产生热耗米器件的稳定性，这对器件的设计极为不利。因此寻找能够散的新型纳米电子自旋器件也变得越来越重要。，一维金属原子结的电子输运特性吸引了人们的广泛关注[1可以用来作为电子设备的功能构件。金属原子结包括原子点，它们具有丰富的电子输运行为。一维铁磁性金属原子结具、高磁阻率[21]、以及自旋注入效应[23]等特性。此外，金属0.5G0的电导。实验和理论研究表明铜、银、金等金属单原子它们的 S 价电子特性[5]。另一方面，一些磁性金属原子结比构[6]以及钴金属单原子链[3]在没有外加磁场时的电导为 0.5单个电子自旋极化输运通道。

上海师范大学硕士结，在气体环境中均表现出了 1G0或 0.5G0的电导特性，而这里是不会出现的。以上这些特性显示了金属原子结在电子纳米应用前景。镍、钴、铁及铷等这样的金属在纳米尺寸下依然保使得它们成为金属原子结中热门的研究对象。料如石墨烯、过渡金属二硫化物、黑磷等也在新一代光电子学潜力，这归功于它们在电子设备中基础的物理特性[27-32]。黑磷迁移率，可达 1000cm2/(V·S)，并且它的直接带隙介于 0.2 到红外及可见光段，使得黑磷可用于检测可见光到近红外区域]。此外，黑磷还具有各向异性的电学、力学及光学性质。这电探测器、光电传感器以及太阳能电池等领域具有很大应用
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O562

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本文编号：2670856