石墨烯低维纳米结构电子自旋极化特性及调控的第一性原理研究

发布时间：2024-03-24 19:24

　　随着信息技术的跨越式发展,集成电路制造技术的不断改进,传统的硅基电子器件成为了后摩尔时期集成电路发展的重大障碍,研究和开发基于新材料、新结构和新工艺的器件已迫在眉睫。自旋电子学是一门近几年结合微电子学、磁学和材料科学提出的具有革命性的交叉学科,其旨在利用电子的自旋属性来实现信息存储、传递和处理等功能,近年来已逐渐成为最活跃的科学前沿。自旋电子器件具有集成度高、运行速度快,低能耗等传统半导体电子器件无法比拟的优势。除了要求能同时操控电子的自旋和电荷属性外,自旋电子器件还要求材料具有较高的电子极化率和较长的电子自旋弛豫时间。由碳原子以杂化轨道组成六角蜂窝状晶格的二维平面薄膜材料-石墨烯,不仅拥有超高的电子迁移率、极高的机械强度以及克莱因隧穿、量子霍尔效应等奇异的物理与化学特性,其电子还可表现出相对较弱的自旋-轨道耦合效应,其较长的自旋弛豫时间和室温自旋扩散长度,使得其在新兴的自旋电子器件领域有着巨大的应用潜力。然而,碳原子不含f和d电子,石墨烯的本征非磁性使其缺少了有序的自旋磁矩,这就大大限制了其在自旋电子器件中的应用。因此,如何在石墨烯材料中引入磁性特别是长程铁磁性,对将石墨烯材料应用到...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1石墨烯的π电子能带结构，右图放大部分为狄拉克点处的线性色散关系[16]

太原理工大学博士研究生学位论文3圆锥能带结构被称为能谷，即在K和K"两个能谷附近的低能区域形成了线性的色散关系（如图1-1所示）[15,16]。其能量表达式为E=VFP=VFhk，即石墨烯中的载流子像是无质量的相对论粒子，或称费米子。其中，k为波矢，VF为费米速度，即载流子的速率....

图1-2（a）和（b）分别是扶手椅型和锯齿型石墨烯纳米带结构示意图[21]

太原理工大学博士研究生学位论文4界的电子结构有着本质的不同，且电子结构的色散关系对石墨烯纳米带宽度的变化非常敏感。因此，低维石墨烯材料的边界效应对其电子性质的影响十分显著。(a)(b)图1-2（a）和（b）分别是扶手椅型和锯齿型石墨烯纳米带结构示意图[21]Fig.1-2(a)T....

图1-3扶手椅型石墨烯纳米带的能带结构图，N=4，5，6

太原理工大学博士研究生学位论文4界的电子结构有着本质的不同，且电子结构的色散关系对石墨烯纳米带宽度的变化非常敏感。因此，低维石墨烯材料的边界效应对其电子性质的影响十分显著。(a)(b)图1-2（a）和（b）分别是扶手椅型和锯齿型石墨烯纳米带结构示意图[21]Fig.1-2(a)T....

图1-3扶手椅型石墨烯纳米带的能带结构图，图（a），（b），（c）分别为纳米带边界宽度为N=4，5，6的情况[21]

太原理工大学博士研究生学位论文4界的电子结构有着本质的不同，且电子结构的色散关系对石墨烯纳米带宽度的变化非常敏感。因此，低维石墨烯材料的边界效应对其电子性质的影响十分显著。(a)(b)图1-2（a）和（b）分别是扶手椅型和锯齿型石墨烯纳米带结构示意图[21]Fig.1-2(a)T....

本文编号：3937904