纳米体系自旋电子结构的调控

发布时间：2022-02-22 11:49

　　信息记录和存储是文明延续的根基。磁性硬盘存储技术廉价、稳定,承担起现代社会绝大部分信息存储的任务。传统磁存储技术利用电流产生的磁场操纵磁矩朝向以记录二进制数据,难以避免电流的热效应与能量耗散问题。本论文从纳米体系的自旋电子结构的角度探讨了两大类利用非电流手段调控磁性的物理过程:电场调控纳米体系的磁性,以及利用拓扑绝缘体边缘的纯粹自旋流对磁矩进行翻转。首先,我们基于密度泛函理论,研究了几种著名纳米系统（包括磷烯、六方氮化硼单层、单层氧化镁条带）中的电控磁现象。这些纳米系统的各种磁属性（包括磁矩大小、交换耦合、居里温度、半金属性等）都可以通过电场有效调控。根据这些发现我们提出了多种全新的电控磁机理,可以有效克服以往电控磁途径的缺点。其次,我们预言了一种新的拓扑绝缘体:二维铅锡合金。模拟计算结果表明该体系可以在常温下稳定工作。并且该体系具有极大的体内能隙,可以有效抑制体内漏电,产生纯度更高的自旋流,为实现更高效的自旋转移转矩磁性随机存储器件提供了备选平台。本文的工作为未来低能耗磁信息记录技术的发展指明了道路。同时,也增加了人们对低维系统中的特殊自旋电子结构的基本认识。第一章对磁性调控的研究背... 

【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：175 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 电场调控磁性
        1.1.1 电控电偶极矩
        1.1.2 电控载流子
    1.2 自旋转矩与拓扑绝缘体
    1.3 小结
    参考文献
第二章 密度泛函理论
    2.1 多体问题的引出
        2.1.1 基态方程
        2.1.2 一级微扰与Hatree-Fock近似
    2.2 电子密度描述与Hohenberg-Kohn理论
    2.3 早期的密度泛函尝试:Thomas-Fermi模型
        2.3.1 Thomas-Fermi模型
        2.3.2 Thomas-Fermi模型的交换关联
    2.4 Kohn-Sham密度泛函理论
        2.4.1 交换关联泛函
        2.4.2 PAW赝势理论
    参考文献
第三章 电场诱导磷烯纳米条带的半金属性
    3.1 zigzag磷烯条带的几何结构和二聚化
    3.2 基态电子结构
        3.2.1 基态磁结构
        3.2.2 边缘态特点
        3.2.3 磁耦合机理
        3.2.4 能带结构及其物理内涵
    3.3 外电场下自旋结构的演变
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 电场对氮化硼边缘磁性的调控
    4.1 电场调控Z-BNNRs磁矩大小
    4.2 电场引导A-BNNRs磁性开关
    4.3 电场调控磁化能与居里温度
    4.4 边缘修饰之后的电控磁性
    4.5 应力导致的电控磁性
    4.6 本章小结
    参考文献
第五章 电场对氧化镁边缘磁性的调控
    5.1 电场调控磁矩大小
    5.2 磁耦合机理
    5.3 电场调控自旋密度波
    5.4 电场调控居里温度
        5.4.1 平均场近似解
        5.4.2 改进后的磁畴蒙特卡洛算法
        5.4.3 蒙特卡洛模拟给出的解
    5.5 本章小结
    参考文献
第六章 二维铅锡合金中的量子自旋霍尔效应
    6.1 结构与稳定性
    6.2 量子自旋霍尔态
        6.2.1 PbSn的拓扑平凡电子态
        6.2.2 H-PbSn的拓扑非平凡电子态
    6.3 拓扑边缘态
        6.3.1 有效紧束缚哈密顿量
        6.3.2 改进的表面格林函数方法
        6.3.3 H-PbSn的表面态
    6.4 衬底效应
    6.5 本章小结
    参考文献
总结
致谢
博士期间完成的一作论文
附: 英文论文(一)
附: 英文论文(二)
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3639382