不对称石墨烯纳米带的热自旋输运性质研究

采用非平衡态格林函数方法结合密度泛函理论的第一性原理,研究了非对称结构石墨烯纳米带的热自旋输运性质.发现在源极,漏极之间施加温度场,在带宽N=4,6,8,10,12的石墨烯纳米带中可以获得方向相反、大小几乎相同的不同自旋极化取向电流,即体系中存在自旋赛贝克效应.对比不同宽度纳米带运输性质,发现带宽对自旋赛贝克效应具有调制作用,即随着带宽N增大,热激发自旋流增大,自旋赛贝克效应增强,而热激发净电流从正向变为负向.此外,当纳米带带宽为4,6,8和12时,体系中还同时存在热负微分电阻效应,这些发现对制备低能耗的热自旋电子学器件具有指导意义.     

SiN-SiC纳米薄膜自旋相关的塞贝克效应研究

热自旋电子学结合了自旋电子学和热电子学各自优势,对人类可持续发展具有十分重要的作用.本文提出了一种基于SiN-SiC纳米薄膜的新型热自旋电子学器件.发现在源极和漏极之间施加温度场,可以获得方向相反、大小几乎相同的具有自旋极化取向的电流,即为自旋相关塞贝克效应.而且,在热电荷流中还存在着热负微分电阻效应.这些发现为设计基于SiN-SiC纳米薄膜的高效率热自旋电子学器件提供了理论指导.     

Li原子掺杂C28单分子器件的热自旋输运性质

利用第一性原理对Li原子掺杂C₂₈的分子器件的热自旋输运性质进行了计算。在不同的温度场下,上下自旋分别为Li原子掺杂C₂₈的分子器件中的空穴和电子提供了输运通道,在MJ₁和MJ₃分子器件中,热自旋电流随着温度增加而增大,但在MJ₂分子器件中,热自旋电流先增大再减小。三种分子器件都出现了自旋塞贝克效应,MJ₂还出现了负微分电阻现象,利用费米-狄拉克分布和自旋输运谱对其物理机理进行了解释。根据Li掺杂C₂₈的单分子器件的热自旋输运性质,可设计新的自旋纳米器件。     

反应磁控溅射氧化镍薄膜的自旋塞贝克效应

自旋塞贝克效应是由(亚)铁磁体中的温度梯度引起自旋塞贝克电压信号的现象,目前已成为热自旋电子学研究的热点领域之一。本文采用反应磁控溅射工艺在Si衬底上沉积NiO薄膜,分别研究了溅射功率、氧氩比例、溅射气压、衬底温度对NiO薄膜微观结构和表面形貌的影响,实验中反应磁控溅射最适工艺条件为溅射功率110 W、氧氩比例0.15(O₂ 15 mL/min; Ar 100 mL/min)、溅射气压0.3 Pa、衬底温度400 ℃。研究了Si/NiO/Pt结构中温度梯度(温差)、磁场角度、NiO厚度变化和Pt厚度变化对自旋塞贝克电压的影响。结果表明,自旋塞贝克电压与温差呈简单的线性关系,温差越大测得的自旋塞贝克电压越高;磁场角度与自旋塞贝克电压之间满足余弦函数关系式,即在0°和180°时所得自旋塞贝克电压最大,90°和270°时为零;反铁磁性绝缘层NiO的厚度越大,所测得的自旋塞贝克电压信号越强;顺磁金属层Pt的厚度越大,自旋塞贝克电压信号越弱。     

Ag修饰N-石墨烯/TiO2纳米复合材料的光催化活性

采用一步溶剂热法与光催化还原法制备了Ag修饰N掺杂石墨烯/TiO2纳米复合材料,用XRD、SEM、FT-IR、XPS和UV-Vis DRS等技术对样品进行了表征,实验考察了复合材料在模拟太阳光下光催化产氢活性,分析讨论了其光催化产氢反应机理.结果表明,该纳米复合材料具有显著的光催化活性,模拟太阳光照射下10 h内样品的产氢量达到1132.54 μmol,比纯TiO2的产氢量提高了4.3倍,Ag和N掺杂石墨烯的协同效应提高了TiO2半导体的光催化活性和量子效率.     

g-C3N4-W18O49复合光催化剂的制备及其光催化机理研究

通过简单的溶剂热法成功制备出了g-C3N4-W18O49复合光催化剂,采用XRD、SEM、TEM以及PL对所得催化剂的物相结构及形貌和光学性能进行了表征,通过降解甲基橙和光解水产氢实验研究所得催化剂的催化性能及其催化机理.由实验可知,W18O49的含量为50;时所得g-C3N4-W18O49复合光催化剂的降解性能最好,其降解率比纯g-C3N4纳米片提高48;;为进一步研究复合光催化剂的电子-空穴传输机理,我们又进行了光解水制氢实验.结果表明:单一的W18O49无产氢活性,它的复合明显降低了g-C3N4的产氢速率,说明复合结构中光生电子是从g-C3N4传递到了W18O49,表现出明显的Ⅱ型异质结复合特征,而不是部分文献所提出的Z型方式.     

InSe/石墨烯异质结光学特性的研究与调控

InSe是一种新兴的二维层状材料,具有多种优异的光学特性.随着层数的降低,带隙从近红外逐步变到可见(1.26 eV到2.11 eV),如此大的可调谐的带隙和高本征迁移率,让其在光电探测领域有着良好的应用前景.但是研究发现,InSe在空气中不稳定,易被氧化,很大的限制了其应用.而石墨烯具有极宽的光谱吸收范围和高电子迁移率,同时具有理论上97.7;的透光率.因此石墨烯-InSe复合体系能够充分将石墨烯优异的电子传输特性以及InSe突出的光学吸收特性结合起来,从而提升光电性能.本文首先利用干法转移制备了石墨烯和InSe的异质结构,然后通过阶段式退火处理调控了两者之间的相互作用,研究发现随着退火时间的加长,被石墨烯覆盖的InSe荧光强度逐渐降低,说明二者之间相互作用逐渐增强,InSe中更多的电子转移到石墨烯中,极大的提升其光电特性.该结果为异质结相互作用的调控以及光电性能的提升提供了非常好的途径.     

基于类叉形纳米结构的自旋极化电流分离器

采用递归格林函数法研究了含Rashba自旋轨道耦合(spin-orbit coupling,简记SOC)效应的类叉形纳米结构中电子的自旋极化输运性质。结果表明在非自旋极化电子入射时系统的两个出射端能得到大小相等但极化方向相反的两个自旋极化电流,其物理根源是由Rashba SOC和系统的几何结构导致的两出射端具有大小不相等的自旋电导。当系统中引入无序时,无序强度对自旋极化电流的影响较弱。这些效应说明所研究的系统有可能用来设计自旋极化电流分离器。     

磁场下Bi-2223/Ag异质结的光伏效应研究

在连续紫色激光(λ=405 nm)辐照下,30 K到120 K的温度范围内,对Bi-2223/Ag异质结在0 T到9 T的外加磁场作用下的光伏效应进行了研究.发现60 K和120 K的温度比较特殊,异质结在不同光强辐照下测得的开路电压(Voc)对外加磁场的变化基本无响应.经研究确认在外加磁场的作用下,60 K以下时,Bi-2223/Ag异质结的内建电场源于金属与超导体之间的临近效应.其方向由超导体指向金属银电极.120 K以上时,异质结的内建电场源于金属与超导体之间形成的类P-N结,方向由金属银电极指向超导体.60 K到120 K之间的温度范围内,内建电场源于临近效应和类P-N结两种机制的竞争.     

层状graphene/WSSe范德瓦耳斯异质结电子特性和界面接触的理论研究

利用第一性原理计算方法研究了层间距和外部电场对graphene/WSSe范德瓦耳斯异质结的电子特性和界面接触的影响规律。由于范德瓦耳斯力作用,graphene和WSSe单层的电子特性可以被保留在graphene/WSSe异质结中。当形成graphene/WSSe异质结时,在石墨烯的狄拉克锥中可以发现小的带隙值(7 meV)。电荷转移产生的内建电场在有效阻碍光激发载流子复合中起着关键作用。与两个独立单层相比,graphene/WSSe异质结在可见光区域具有增强的光吸收,在光电子器件中展现出了潜在应用价值。此外,graphene/WSSe异质结在平衡层间距处显示出n型肖特基接触特性。层间距和外部电场都可以用来改变graphene/WSSe异质结的肖特基势垒高度和接触类型,并有效调节graphene狄拉克锥的位置。本文研究内容为graphene/WSSe异质结在纳米电子和光电子器件领域的应用提供理论依据。