B与N掺杂对单层石墨纳米带自旋极化输运的影响

通过第一性原理计算研究了具有锯齿状边沿并且具有反铁磁构型的单层石墨纳米带的自旋极化输运.研究发现,在中心散射区同一位置掺入单个B和N原子,尽管对整个体系磁矩的影响完全相同,但对两个自旋分量电流的影响却完全相反.掺B时,自旋向上的电流显著大于自旋向下的电流;而掺N时,自旋向下的电流显著大于自旋向上的电流.这是由于不管掺B还是掺N都将打破自旋简并,使得导带和价带中自旋向上的能级比自旋向下的能级更高.掺B引入空穴,使完全占据的价带变为部分占据,从而自旋向上的能级正好处于费米能级,使得电子透射能力更强、电流更大,而自旋向下的能级则离费米能级较远使电子透射的能力较弱.掺N则引入电子,使得原来全空的导带变为部分占据,从而费米能级穿过导带中自旋向下的能级,使得自旋向下的电子比自旋向上的电子透射能力更强. 关键词： 自旋极化输运 单层石墨纳米带 第一性原理 非平衡格林函数     

单分子器件电输运中基于量子干涉效应的调控策略

单分子器件电输运中的量子干涉效应是电子在分子独立的轨道能级内传输时因保持量子相干性,从而在不同能级之间发生相互干涉的现象.这种现象导致了电子在单分子器件内透射概率的增加或减小,在实验中体现为单分子器件电导值的升高或降低.近些年,利用量子干涉效应对不同的单分子器件进行调控在实验中被证实是有效的调控手段,如对单分子开关、单分子热电器件、单分子自旋器件等器件性能的调控.本文介绍了量子干涉效应的相关理论与预测、实验观测与证实,以及其在不同单分子器件上的调控作用.     

含stubs量子波导系统的电子自旋极化输运性质

理论上研究了含stubs的Rashba自旋轨道耦合（spin-orbit coupling, SOC）量子波导系统的自旋极化输运性质. 利用晶格格林函数方法,发现由于stubs和SOC产生的势阱使系统中出现束缚态,这些束缚态与传播态之间相互干涉导致电导中出现Fano共振结构,同时在对应的自旋极化率中也出现Fano共振或反共振结构. 此外,由于系统结构的突变使电子被反向散射和量子干涉效应,电导中出现一系列的共振峰. 但是,当系统加上外磁场后,所有这些效应都被抑制, 系统重新出现量子化电导, 同时自旋电导也出 关键词： 量子波导 自旋极化输运 自旋轨道耦合     

First-principles Study of Electron Transport Through Oligoacenes

利用非平衡格林函数和电子密度泛函理论研究了多并苯分子结(多并苯分子末端通过硫原子以串联和并联方式连接在两个Au(111)表面之间)的电子输运特性．在小偏压下,多并苯分子结的电子输运性能主要取决于来自最高占据分子轨道的透射输运峰的尾部在费米能级附近的贡献．随着多并苯分子中苯环个数的增加,串联型多并苯分子的零偏压电导值先减少后变大,它既不遵循指数衰减规律,也没有表现出振荡现象,而并联型分子结的零偏压电导值随苯环个数的增加而单调增加．理论计算结果表明,分子轨道空间分布图、能隙变化以及费米能级所处位置可以用来阐明多并苯分子结的电子输运机     

以石墨烯为电极的有机噻吩分子整流器的设计及电输运特性研究

传统硅基半导体器件受到了量子尺寸效应的限制,发展分子电子学器件有可能解决这一难题.本文提出了由石墨烯电极和有机噻吩分子相结合构造分子器件的思想,建构了"石墨烯-噻吩分子-石墨烯"结构的分子器件,并运用非平衡态格林函数结合密度泛函理论的方法研究了其电输运特性.系统地分析了电子给体"氨基"和电子受体"硝基"两种取代基的位置对有机噻吩分子电输运的影响.计算表明,有机噻吩二聚物被"氨基"和"硝基"取代后会产生明显的负微分电阻效应和整流效应.进一步对产生这些效应的物理机制进行分析,发现氨基的位置可以调整负微分电阻的强弱,硝基的位置可以改变整流的方向.     

硅团簇自旋电子器件的理论研究

利用过渡金属掺杂的硅基团簇, 构建了一种自旋分子结; 并利用第一性原理方法, 对其电子自旋极化输运性质进行了研究. 计算表明, 通过过渡金属掺杂可以有效地产生自旋极化电流, 磁性金属Fe和非磁性金属Cr和Mn掺杂的体系呈现出较明显的自旋极化透射现象, 但分子结的自旋极化输运能力与团簇孤立状态下的磁矩无一致性.从Sc到Ni的掺杂, 体系的自旋极化透射能力先增大后迅速减小, 在Fe掺杂的Si₁₂团簇中出现最大值. 关键词： 硅团簇 自旋极化输运 密度泛函理论 非平衡格林函数     

对称双势垒量子阱中自旋极化输运的时间特性

电子的隧穿时间是描述量子器件动态工作范围的重要指标. 本文考虑k³ Dresselhaus 自旋轨道耦合效应对系统哈密顿量的修正, 结合转移矩阵方法和龙格-库塔法来解含时薛定谔方程, 进而讨论了电子在非磁半导体对称双势垒结构中的透射系数及隧穿寿命等问题. 研究结果发现:由于k³ Dresselhaus 自旋轨道耦合效应使自旋简并消除, 并在时间域内得到了表达, 导致自旋向上和自旋向下电子的透射峰发生了自旋劈裂; 不同自旋取向的电子构建时间和隧穿寿命不同, 这是导致自旋极化的原因之一; 电子的自旋极化在时间上趋于稳定. 关键词： 自旋极化输运 透射系数 隧穿寿命 自旋极化率     

T型双量子点分子Aharonov-Bohm干涉仪的电输运

利用非平衡格林函数方法, 理论研究T型双量子点分子Aharonov-Bohm (A-B)干涉仪的电荷及其自旋输运性质. 通过控制T型双量子点分子内量子点间有无耦合, 能够实现在同一电子能级位置处分别出现共振和反共振状态, 根据此性质, 能将体系设计成量子开关器件. 当将两个完全相同的T型双量子点分子分别嵌入A-B干涉仪两臂中时, 磁通取适当数值, 能够出现完全的量子相消干涉. 通过调节量子点能级、左右两电极间的偏压和Rashba自旋轨道相互作用强度, 可对体系自旋流进行调控. 关键词： 非平衡格林函数 T型双量子点分子 Aharonov-Bohm干涉仪 自旋输运     

T型量子点结构中的自旋极化输运过程

我们利用单杂质Anderson模型及运动方程等理论,通过求解格林函数的方法研究了通过T型量子点结构(耦合于铁磁电极和介观环量子点结构)的自旋极化输运过程.研究结果表明,与量子点相耦合的铁磁电极中的极化强度是控制量子点电子输运的重要参数,由此可以达到自旋阀效应.另外我们还发现与量子点相耦合的介观环中的磁通会影响电子自旋向上和自旋向下近藤共振峰的分裂程度,但若加入适当的外磁场,那么这样的分裂将被抵消。     

铁磁/半导体/铁磁结构的双量子环自旋输运的特性

研究了与铁磁/半导体/铁磁结构相关的双量子环自旋输运的规律,研究结果表明：总磁通为零条件下,铁磁电极磁化方向反平行时,双量子环与单量子环相比提高了自旋电子透射概率的平均值.铁磁电极磁化方向平行时,双量子环对提高自旋向下电子平均透射概率的效果更明显;双量子环受到Rashba自旋轨道耦合作用影响时,自旋电子的平均透射概率明显高于单量子环,即使再加上外加磁场的影响,透射概率较高这一特征依然存在;双量子环所含的δ势垒具有阻碍自旋电子输运的作用,随δ势垒强度Z的增大透射概率 关键词： 双量子环 Rashba自旋轨道耦合 透射概率 δ势垒')" href="#">δ势垒     

金纳米线接触构型相关的双重负微分电阻与整流效应

运用第一性原理密度泛函理论(DFT)和非平衡格林函数(NEGF)方法, 研究了[111]Au纳米线与1, 4-二硫苯酚(DTB)构成的分子结的电子输运性质. 构建并优化不同的Au-DTB接触构型, 计算发现: 尖端顶位构型最利于电流输运; 非对称构型大多具有很好的整流特性(最大整流比为25.6); 部分结构出现双重负微分电阻(NDR)效应. 分析表明, 整流效应主要源于非对称接触构型两端S-Au键的稳定性差别; 尖端金原子与硫原子的耦合能级中, 近费米面的能级对低压区电子传输起主要作用; 电压增大, 离费米面较远的能级对输运起主导作用, DTB的本征能级也逐渐参与, 这一转变致使电流出现两峰一谷的双重NDR效应.     

石墨烯纳米片电子结构和量子输运特性第一原理研究

用基于密度泛函理论的原子紧束缚方法计算研究单层石墨烯纳米圆片和纳米带的电子结构,并结合第一原理和非平衡函数法计算量子输运特性.通过电子能态和轨道密度分布研究纳米碳原子层的电子成键状态,结合电子透射谱、电导和电子势分布分析电子散射与输运机制.石墨烯纳米带和纳米圆片分别呈现金属和半导体的能带特征,片层边缘上电极化分别沿垂直和切向方向,电子电导出现较大的差异,来源于石墨烯纳米圆片边缘的突出碳原子环对电子的强散射.石墨烯纳米带的电子透射谱表现为近似台阶式变化并在费米能级处存在弹道电导峰,而石墨烯纳米圆片的电子能带和透射谱在费米能级处开口并且因量子限制作用呈现更加离散的多条高态密度窄能带和尖锐谱峰.     

六配位FeN_6自旋翻转化合物的自旋输运特性（英文）

本文采用第一性原理计算和非平衡格林函数方法,研究了六配位FeN_6的自旋输运特性.理论计算结果表明在外场(如光辐射)作用下通过改变配体与磁芯间键长来实现磁体的高低自旋之间的转换.基于计算得到的透射谱和伏安曲线,发现通过高自旋态分子结的电流显著大于低自旋态磁体,且通过高自旋态分子结的输运特性由自旋向下的电子提供主要贡献.理论预测出来的分子开关和自旋过滤效应表明此类铁基六配体自旋翻转化合物可用于分子自旋电子学器件设计.     

含δ势垒的铁磁/半导体/铁磁异质结中的自旋输运和渡越时间

研究了含δ势垒的铁磁/半导体/铁磁异质结中自旋相关的透射概率和渡越时间,讨论了量子尺寸效应和Rashba自旋轨道耦合效应对隧穿特性的影响.研究结果表明：δ势垒的存在降低了自旋电子的透射概率,改变了透射概率的位相.Rashba自旋轨道耦合强度的增加加大了透射概率的振荡频率.不同自旋取向的电子隧穿异质结时,渡越时间随着半导体长度、Rashba自旋轨道耦合强度以及两铁磁电极中的磁化方向的夹角的变化而变化. 关键词： δ势垒')" href="#">δ势垒 铁磁/半导体/铁磁异质结 Rashba自旋轨道耦合效应 渡越时间     

单层GaSe表面Fe原子吸附体系电子自旋性质调控

Ⅲ族金属单硫化物因其优越的光电和自旋电子特性而备受关注,实现对其自旋性质的有效调控是发展器件应用的关键.本文采用密度泛函理论系统地研究了GaSe表面Fe原子吸附体系的几何构型及自旋电子特性.Fe/GaSe体系中Fe吸附原子与最近邻Ga,Se原子存在较强的轨道耦合效应,使体系呈现100%自旋极化的半金属性.其自旋极化贡献主要来源于Fe-3d电子的转移及Fe-3d,Se-4p和Ga-4p轨道杂化效应.对于Fe双原子吸附体系,两Fe原子之间的自旋局域导致原本从Fe转移至GaSe的自旋极化电荷量减少,从而费米能级附近的单自旋通道转变为双自旋通道,费米能级处的自旋极化率转变为0.研究结果揭示了Fe_n/GaSe吸附体系自旋极化特性的形成和转变机制,可为未来二维自旋纳米器件的设计与构建提供参考.     

费米子的相对论自旋输运理论

在重离子碰撞中,自旋轨道耦合可以导致整体极化现象.自从2017年,STAR工作中发现超子Λ在Au+Au碰撞中的整体极化,整体极化效应引起了学术界的广泛关注.整体极化效应的微观产生机制可以利用粒子之间非定域的散射过程来描述：在重离子碰撞中产生了热密物质,热密物质中的粒子之间通过非定域的碰撞过程实现了轨道角动量向自旋角动量的转换,从而导致散射后的粒子自旋极化.为了描述这一微观过程,在相空间描述自旋轨道耦合更加方便,而自旋轨道耦合又是一种量子效应,所以基于协变维格纳函数的量子动理学理论将是描述整体极化现象的有力工具.本文介绍了基于维格纳函数的量子动理学理论以及自旋输运理论.近期自旋输运理论的发展为以后数值模拟自旋极化现象的时空演化提供了理论基础.     

锯齿型石墨纳米带叠层复合结的电子输运

基于紧束缚格林函数方法,研究了两半无限长锯齿型石墨纳米带叠层复合结的电子输运性质.结果表明,层间次近邻相互作用、叠层区长度及门电压对复合结的电子透射谱有重要调制作用.层间次近邻相互作用导致复合结的透射谱关于费米能呈现非对称性,与实验结果很好相符.低于费米能第一子能区内周期性出现透射系数为0和1的台阶,呈现全反射与透射现象.随散射结长度增加,透射系数在1内周期性振荡,呈现明显的量子干涉效应.在门电压调控下,低于费米能的透射系数出现了从1到0的转变,类似于开关效应.相关结果对基于石墨烯器件的设计与应用有指导意义.     

自旋轨道耦合量子点系统中的量子相干

研究了自旋轨道耦合量子点中的量子相干效应.运用输运电子的全计数统计方法计算系统的平均电流、散粒噪声和偏斜,发现体系存在自旋轨道耦合作用时,散粒噪声值随自旋轨道耦合常数的增加而减小.更重要的是,电流、噪声和偏斜随磁通周期性波动,并且波动周期不受自旋轨道耦合强度大小、自旋极化率以及动力学耦合不对称的影响.     

金属-氧化物界面在磁隧道结中的作用

磁隧道结通常是指由两层磁性金属和它们所夹的一层氧化物绝缘层 (Ⅰ )所组成的三明治结构 .通过绝缘层势垒的隧穿电子是自旋极化的 ,这种自旋极化能够反映作为电极的铁磁金属费米能级处态密度 (ＤＯＳ)的变化 .起源于自旋极化的隧道磁阻(ＴＭＲ)效应已成为当代磁学的一个研究热点 .尽管目前在ＴＭＲ的研究和应用方面已有所发展 ,但在理解隧穿自旋极化方面还存在一定的分歧 ,争论的焦点是金属 -氧化物界面对自旋极化的影响 .对于Ｃｏ、Ｎｉ等铁磁金属 ,由于多数自旋电子所处的ｄ带位于费米能级之下 ,理论预期其自旋极化应该是负的 .然而Ｆ/Ａ…     

量子点双链中电子自旋极化输运性质

利用非平衡格林函数方法, 研究了与单个量子点耦合的量子点双链中电子自旋极化输运性质. 由于系统中Rashba自旋轨道耦合产生的自旋相关的相位, 电子通过上下两种路径时, 自旋不同的电子干涉情况不同, 从而导致了电极中的自旋极化流. 左右两电极间的偏压使单个量子点中的自旋积聚在很大能量区域内能够保持较大的值. 由于系统结构的左右不对称, 正负偏压下自旋积聚情况完全不同. 这些计算结果将有助于实验上设计新型的自旋电子学器件.