二维过渡金属硫化物中Rashba自旋轨道耦合效应的第一性原理研究

发布时间：2017-12-12 09:38

  本文关键词：二维过渡金属硫化物中Rashba自旋轨道耦合效应的第一性原理研究

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【摘要】：基于电子电荷属性的传统微电子器件由于功耗、散热及量子效应等问题制约着半导体芯片的发展,基于电子自旋属性的自旋电子器件应运而生。新型的自旋电子器件具有高速率、低功耗、体积小等优点,而自旋轨道耦合效应作为重要的物理机制,研究意义重大。其中,低维半导材料中的Rashba自旋轨道耦合效应可受电场调控,并且有利于电路集成,有望应用于新一代的电子器件中,因而成为重点研究对象。石墨烯的发现带动了二维材料的繁荣发展,其中,二维过渡金属硫化物由于半导体带隙可控,在自旋电子学及谷电子学等领域有巨大的应用前景。本文基于第一性原理计算,结合我们自己开发的选择性轨道加场法,以应力调控与电场调控作为主要手段,对二维过渡金属硫化物中的Rashba自旋轨道耦合效应进行理论研究,主要内容如下:1.对极性的二维过渡金属硫化物MXY(M = Mo,W;X≠Y=S,Se,Te)进行理论研究,以单层WSeTe为例,深入研究了其中Rashba效应的调控。研究发现,由于单层WSeTe结构镜面对称破缺,导致面外的内禀静电势在垂直于表面处不为零,从而在布里渊区的r点出现大的Rashba自旋劈裂。进一步的研究表明,对单层WSeTe施加面内的双轴应力可以有效调控Rashba自旋劈裂大小,这是由于双轴应力改变了W-dz2和Se-pz之间的轨道交叠,从而改变了内禀静电势的大小。选择性轨道加场法进一步验证了轨道交叠对于单层WSeTe中Rashba效应的重要性。另外,我们还探讨了外加电场对于单层WSeTe中Rashba效应的影响,结果表明,外加电场对于单层WSeTe中Rashba效应的作用比应力小得多。2.对非极性的二维过渡金属硫化物MX2(M = Mo,W;X = S,Se,Te)中六种材料分别施加电场,计算发现阴离子X对于电场诱导的Rashba自旋劈裂起主要作用,随着X的原子序数增大,Rashba自旋劈裂程度越大;阳离子由于被阴离子覆盖,电场对其影响较弱。因此,六种二维MX2的Rashba自旋劈裂大小依次为:WTe2MoTe2WSe2MoSe2WS2MoS2。另外,在施加电场后,从布里渊区的中心r点到边界K/K'点,自旋从垂直方向转向二维平面内,并且随着电场的增加,面内自旋成分逐渐增加,自旋轨道耦合强度随电场的增大而线性增加。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O469

【参考文献】

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1 龚士静;段纯刚;;金属表面Rashba自旋轨道耦合作用研究进展[J];物理学报;2015年18期

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本文编号：1282043