石墨烯-石墨炔异质结的输运性质和光电性质

摘要

二十世纪以来，越来越多的碳材料引起了人们的广泛关注，并且基于碳材料的纳米器件的设计与研究也逐渐成为热点。其中石墨烯和石墨炔由于其独特的物理和化学性质，有望应用于多种科学领域，因此它们被认为是今后很有前景的全碳材料。在本文中我们设计了基于这两种碳材料的功能化纳米带异质结，为研究低维碳材料提供了新思路和新途径，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。
　　在本文第一章中，我们首先介绍了自旋电子学的相关概念，讨论了石墨烯、石墨炔及其纳米带的研究进展，详细说明了半导体异质结的研究现状，并阐明了本课题的研究内容和意义。第二章中我们介绍了本文研究所使用的密度泛函理论和非平衡格林函数方法以及ATK、Nanodcal软件。在第三章和第四章中，我们选用了锯齿型石墨烯、石墨炔纳米带，通过不同的连接方式构建了多种异质结器件。运用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法，这里对所构建的异质结器件进行了电荷输运性质和光电性质的研究。具体内容如下：
　　首先，我们探究了这些器件在一定偏压范围内的自旋输运性质。结果显示，所有异质结器件均拥有非常明显的巨磁阻效应，可高达106％。此外，对于不同的对称性和连接方式，铁磁态的异质结在有限偏压下会产生自旋电流同时表现出明显的整流特性。
　　其次，我们研究了这些器件在光照条件下电流的产生情况。我们发现，这些器件被红外光、可见光及紫外光照射时会产生自旋极化的光电流。更重要的是，我们发现铁磁态时自旋向上（自旋向下）的光电流与反铁磁态时自旋向下（自旋向上）的光电流非常类似。这个现象也提供了一种控制载流子自旋输运的新方法。同时我们发现，在偏压下产生的电流和在光照条件下产生的电流，这二者相应的微观机制是完全不同的。
　　在第五章中，我们对全文进行了详细的总结。

目录

声明

第一章 绪论

1.1自旋电子学简介

1.2 石墨烯及石墨烯纳米带

1.3 石墨炔及石墨炔纳米带

1.4 异质结

1.5 课题主要研究内容及意义

第二章 理论方法

2.1密度泛函理论

2.2格林函数方法

2.3非平衡格林函数方法结合密度泛函理论处理电子输运问题

2.4计算软件介绍

第三章 锯齿型石墨烯-石墨炔异质结的自旋输运性质

3.1模型和方法

3.2 结果与讨论

3.3本章小结

第四章 锯齿型石墨烯-石墨炔异质结自旋极化的光电性质

4.1模型和方法

4.2 结果与讨论

4.3本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

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