基于6,6,12-石墨炔的磁隧穿结器件的自旋相关输运性质和光电性质

摘要

随着电子器件在生活中的广泛应用，人们对它的需求量逐渐增加，并且在其功能方面的要求更加多元化。由于传统电子器件目前已经达到了物理极限，因此科学家们将目光转向了纳米自旋电子器件。在电子器件的初期应用中，只是把电荷作为传递和存储信息的载体，而自旋属性却被忽略。在1988年，科学家们发现了巨磁阻效应，因而开启了自旋电子器件发展的新时代。电子的自旋在信息存储、能量消耗和逻辑功能实现等方面都有很大的优势。所以自旋电子器件的研究受到人们的广泛关注。在选择材料时，为了达到高密集的自旋电子器件，人们开始利用纳米尺寸的材料构建自旋电子器件。纳米自旋电子器件有很多优越性，比如尺寸小、速度快、功耗低、信息存储大和非易失性等。 众多材料中，碳的同素异形体成为了研究的热点。石墨烯由于在能带中出现了狄拉克锥，所以具有一系列独特的性质，从而受到了人们的关注。除了石墨烯拥有狄拉克锥之外，碳的另一种同素异形体——石墨炔中也有狄拉克锥，其中 6,6,12-石墨炔有两种不同的狄拉克锥。6,6,12-石墨炔是矩形对称的，并且具有各向异性。其电学性质非常优异，比如它的迁移率比石墨烯的迁移率大很多。因此本文选择石墨烯纳米带作为电极和 6,6,12-石墨炔纳米点作为中心散射区构建自旋电子器件，研究了所构建器件的量子输运性质。 第一章中我们主要介绍了巨磁阻效应的相关内容、纳米自旋电子器件的优势以及构建器件时选择的两种材料，即石墨烯和石墨炔。第二章中我们简单阐述了研究过程中采用的计算方法，即计算中用到的各种近似处理以及计算软件ATK和Nanodcal。第三章详细介绍了基于6,6,12-石墨炔的磁隧穿结器件的构建以及有限偏压下的自旋相关输运性质。第四章主要讨论了基于 6,6,12-石墨炔的磁隧穿结器件的光电性质。第五章总结本论文的研究内容，并展望了基于6,6,12-石墨炔的磁隧穿结器件的进一步工作。 自旋相关输运性质的计算结果表明，磁隧穿结器件有显著的隧穿磁阻效应，其值达到105%数量级，并且它们还具有自旋过滤效应。更重要的是，研究过程中应用了产生自旋过滤效应的新方法，即通过调控磁性来实现过滤效应。 光电性质的计算结果表明，磁隧穿结器件在低能和高能都可以产生光生自旋流，但是它们的微观机理不同。此外，光生自旋流受电极的磁化方向和光照的极化方向影响，而不受光照的极化形式影响。更有趣的是，在反平行构型时，两种器件的光生自旋流流向相反的方向，这为获取自旋流提供了新方法。

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