锯齿型硅烯纳米带的自旋输运性质

【摘要】本文运用基于第一性原理的密度泛函理论以及非平衡格林函数方法研究了完美和边缘替代掺杂锯齿型硅烯纳米带(ZigzagSiliceneNanoribbons,ZSiNRs)的自旋输运性质。我们用AtomistixToolKits(ATK)软件将所有结构优化到受力小于0.02eV/A,并在此基础上研究了改变两电极磁化排列方向和在中心散射区掺杂Ⅲ、Ⅴ主族原子对ZSiNRs自旋输运性质的影响。依据两边缘的相互自旋极化方向,ZSiNRs可以处于铁磁态(ferromagnetic,FM)或反铁磁态(antiferromagnetic,AFM)。通过施加和关闭外磁场,我们能使ZSiNRs处于FM态或AFM态。在两极输运系统中,选择电极的磁化方向,系统可以处于两电极磁化排列平行(parallel,P)或反平行(antiparallel,AP)构型。我们考虑的两电极构型有铁磁极化平行(FM-P)、铁磁极化反平行(FM-AP)、反铁磁态平行(AFM-P)和反铁磁态反平行(AFM-AP)。在零偏压下,我们研究了完美和边缘替代掺杂ZSiNRs的电子结构和线性自旋输运性质。在FM态下,我们发现偶数宽度的完美ZSiNRs中会出现巨磁阻现象,奇数宽度的却不会；但在中心散射区替代掺杂后,偶数宽度ZSiNRs中的巨磁阻现象消失,奇数宽度ZSiNRs中却出现了巨磁阻现象。这种现象是由于在FM-AP构型下掺杂ZSiNRs的线性电导率发生了很大的变化。我们分别从相应的局域态密度(LDOS)和分子自洽哈密顿量(MPSH)本征态对这些变化给出了解释。通过进一步的计算,我们发现在奇数宽度的ZSiNRs中,宽度越大磁阻值越大。我们还发现在边缘掺杂ZSiNRs中线性电导率和磁阻值会随着掺杂位置的改变而改变；但对宽度相同的ZSiNRs只要掺杂在中心散射区边缘最中心位置,电导谱的变化基本不大。以中心散射区为超胞,我们计算了它们在FM态和AFM态时的能带,并且发现这些能带能很好地与相应系统的电导谱对应。在非平衡状态下,我们研究了完美和边缘替代掺杂ZSiNRs的非线性自旋输运性质。FM-P和FM-AP构型下,大部分情况下完美和掺杂ZSiNRs表现出金属性的I-Ⅴ特性,只有FM-AP构型下完美的偶数宽度ZSiNRs表现出半导体性质。AFM-P和AFM-AP构型下,完美和掺杂ZSiNRs都表现出半导体性的I-V特性。另外,在FM-AP构型下,完美4-ZSiNRs(宽度为4的ZSiNRs)在[–0.6,0.6]V偏压范围内自旋过滤值接近100%,我们通过三维电导谱图和左电极、右电极在不同偏压下的能带图解释了这个现象。在所有的研究的系统中,我们只在FM态的B掺杂4-ZSiNRs中发现了很微弱的负微分电阻效应。
【作者】陈安邦；
【导师】王雪峰；
【作者基本信息】苏州大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】锯齿型硅烯纳米带；掺杂；自旋输运；巨磁阻；自旋过滤效应；

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