几类单层纳米材料电子输运性质的理论计算

摘要

二十世纪初，电子二极管的出现开启了电子科学发展的黄金时代，集成电路的出现开拓了电子器件微型化的道路。随着电子技术的快速发展，对电子器件的集成度要求越来越高，传统电子器件已经难以满足人们的发展要求。因此，纳米与分子器件的研究具有重要意义。低维纳米系统，例如石墨烯、单分子磁体、异质结等，会呈现出类似微电子器件的特性，如负微分电阻特性、限流特性、场效应晶体管特性等。
　　本论文主要运用非平衡格林函数和第一性原理计算相结合的方法探索了几类单层纳米材料的电子输运性质，这些体系包括异质结，边缘修饰或掺杂的纳米带等。主要工作由以下几部分组成:
　　1.探索了类磷烯锯齿型MX(M=Ge/Sn，X=S/Se)纳米结构的电子输运性质。GeS和GeSe纳米带具有非常相似的电子传输性质，其电压-电流曲线表现出负微分电阻效应，与带宽没有明显的依赖关系。电流通过GeS和GeSe纳米带时主要沿金属边缘传播。SnS纳米带表现出限流效应。SnSe纳米带在较低的电压下呈现出现负微分电阻效应。
　　2.研究了锯齿型蓝磷纳米带(ZBPNRs)的电子输运性质，ZBPNRs的两个边缘被不同的官能团修饰(即-H，-O和-OH)。这些官能团可以调整ZBPNRs的电子输运性能。蓝磷加氢(ZBPNRs-H)表现出半导体性质，其带隙不随着带宽变化。蓝磷边缘被氧化(ZBPNRs-O)时表现出金属性，其电流-电压曲线表现出负微分电阻效应，且与其带宽无关。边缘加羟基的蓝磷纳米带(ZBPNRs-OH)为直接带隙半导体。
　　3.研究了锯齿型二硫化钼纳米带(ZMoS2NRs)的电子传输性质。ZMoS2NRs的电流-电压曲线表现出负微分电阻效应，并且与纳米带宽度无关。通过ZMoS2NRs的电流主要沿着Mo原子边缘，具有两个不同的局部电流通道(Mo→Mo跳跃电流和S→Mo→S键电流)。当在低偏压下引入Mo边缘处的Mo空位缺陷时，电流将被抑制，而在高偏压下，另一个S边缘通道被打开，通过缺陷的ZMoS2NRs的电流将稍微增加。
　　4.介绍了几种锯齿型MoS2-WS2横向异质结的电子输运性质。各种MoS2-WS2横向异质结显示出类似于原始MoS2和WS2纳米带的电流-电压特性，并且它们显示出奇特的负微分电阻效应。电子总是沿着金属边缘传播。结果表明这种过渡金属二硫化物异质结可以作为负微分电阻器件的候选材料，并且在纳米器件中具有潜在的应用价值。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 纳米电子学简介

1．2 纳米电子器件的实验研究

1．3 纳米电子器件的理论模拟与面临的挑战

1．4 本论文的主要研究内容简介

第二章 电子结构计算和电子输运理论

2．1 电子结构计算：密度泛函理论

2．2 电子输运计算：非平衡格林函数方法

2．3 非平衡格林函数结合密度泛函理论处理电子输运问题

第三章 类磷烯MX(M=Ge／Sn，X=S／Se)纳米结构的电子输运性质

3．1 引言

3．2 计算模型和方法

3．3 结果和讨论

3．4 本章小结

第四章 锯齿型蓝磷纳米带电子输运性质的调控

4．1 引言

4．2 计算模型和方法

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

第五章 带宽和缺陷对锯齿型MoS2纳米带电子输运性质的影响

5．1 引言

5．2 计算模型和方法

5．3 结果与讨论

5．4 本章小结

第六章 过渡金属二硫化物侧面异质结电子输运性质的研究

6．1 前言

6．2 计算模型和方法

6．3 结果和讨论

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

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