石墨烯基微纳结构中自旋相关的电子输运特性研究
石墨烯是由碳原子以sp2轨道杂化组成的六角型蜂巢平面晶格。过去几年中，石墨烯逐渐成为了备受瞩目的国际前沿热点，在众多领域有着潜在的巨大应用价值。本文对一些石墨烯基纳米结构的电学性质进行模拟计算，为其在纳米电子器件等领域的应用提供理论指导。本文的主要研究内容及研究成果有以下几个方面:
(1)周期门电压以及磁调制的石墨烯超晶格中的自旋进动。研究结果表明:有效交换场能够导致载流子的自旋进动，这不同于Rashba自旋轨道相互作用的情况。在垂直入射情况下，这种自旋进动完全是等振幅的。倾斜入射时，如果有效交换场强度落在一定的范围，则自旋进动将消失。同时还发现周期性的静电场能使消失的自旋进动重新出现，但电子输运被抑制，结果导致电导谱出现了一些降落。
(2)有效交换场调制的石墨烯基纳米结构的磁阻和散粒噪声。研究发现:有效交换场可以诱导自旋相关的克莱因隧穿。由于这种克莱因隧穿的存在，体系的磁阻是Rashba自旋轨道相互作用情况下的许多倍。随着有效交换场强度增加，磁阻和Fano因子表现出周期性的振荡特征。当电子传输通过石墨烯超晶格结构时，如果有效交换场满足一定条件，通过施加适当的周期性的门电压，Fano因子能够从几乎为零的值调至1/3。
(3)费米速度对有效交换场调制的石墨烯基纳米结构磁阻的影响。结果表明:随着减小有效交换场区的费米速度，体系自旋传输的类布儒斯特角变大而且自旋进动长度变短。因此，磁阻显著地增强并且磁阻谷(dips)的数目增加。在有效交换场和静电势联合调制的石墨烯周期速度栅栏里，磁阻谷值的最大值比没有静电势情况下大许多倍。
(4)周期磁矢势和静电势调制的石墨烯超晶格的电子传输特性。研究结果发现平行的磁矢势和静电势两者可以以截然不同的方式移动狄拉克点的位置，这有可能成为一种实现电子或空穴滤波器的有效方式。我们还发现，平行和反平行磁矢势能够有效地改变电子的导通和截止状态;这在设计电子或空穴开关以及巨磁阻器件方面有指导意义。
(5)扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs)的布洛赫态对单分子器件输运的影响。我们采用密度泛函理论的非平衡态格林函数方法研究了以AGNRs为电极的碳六元环的电子输运特性。结果表明，分子器件的电子输运性质与其相对于AGNRs电极的位置有极大的关系，这主要是由于AGNRs具有特殊的布洛赫态分布。另外，分子的取向对其电子输运性质有极大的影响，当分子两个触点分别连接两个电极的中央以及边缘部位时，单向的电子输运现象能够出现。
石墨烯;自旋进动;散粒噪声;电子输运;微纳结构
南昌大学
博士
材料物理与化学
刘念华
2013
中文
TB383;O494
82
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）