基于石墨烯-h-BN異質結自旋輸運性質研究.pdf

1、隨著微型電子器件集成度的不斷提高，以硅材料為主的微電子器件的尺寸將達到物理極限。同時，隨著器件尺寸不斷的減小，器件的制造工藝由于受光刻技術和經(jīng)濟條件方面的限制變得困難，而且器件的性能由于波粒二象性和熱力學限制也會發(fā)生變化。因此當器件的尺寸達到納米量級時，就不能忽視量子效應的影響。納米電子學器件的出現(xiàn)突破了以上的這些限制。同時，由于量子效應的引入，納米電子器件還出現(xiàn)了很多新的功能，例如負微分電阻效應、納米開關等。另外，納米電子器件的發(fā)展使

2、人們開始關注電子的自旋屬性在納米電子器件中的應用，這產生了納米自旋電子器件。通過對電子自旋特性的精確操縱，納米自旋電子器件具備了響應速度更快、功耗更小、集成度更高的優(yōu)良特性。
　　自2004年實驗上首次制備出單層石墨烯(graphene)，基于石墨烯的納米（自旋）電子器件的研究引起了廣泛地關注。但是，由于石墨烯的帶隙寬度為零，在實際的器件應用中受到了很大的限制。與此同時，人們注意到六方氮化硼(h-BN)和石墨烯相比有相似的晶格結構

3、，而且它是一個寬帶隙的半導體材料。由此，人們猜想可以通過合成graphene/h-BN異質結，調節(jié)石墨烯的能帶結構。2010年，Ci等人實驗上首次制備出了graphene/h-BN的雜化域。2014年，Liu等人實驗上通過石墨烯的邊緣生長氮化硼的方法，制備出了graphene/h-BN的異質結。其后有關graphene/h-BN異質結構成的器件的研究蓬勃發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)graphene/h-BN異質結具有良好的導電性質和新的電學輸運特性。

4、但是，對于該異質結仍有很多問題尚未研究，例如界面類型以及金屬摻雜等因素對該異質結輸運性質的影響。
　　本文，利用密度泛函理論和非平衡格林函數(shù)相結合的方法對基于graphene/h-BN異質結的自旋輸運性質進行了系統(tǒng)研究。并且探討了輸運性質產生的原因及其在納米自旋電子器件中的應用前景。研究的內容和主要結論如下:
　　1.界面類型對graphene/h-BN異質結自旋輸運性質的研究
　　Graphene/h-BN異質結主要

5、有zigzag邊緣連接和armchair邊緣連接兩種結構。對于zigzag邊緣連接的graphene/h-BN異質結，理論研究表明其輸運性質更好，同時實驗上給出了C-B和C-N兩種連接方式?；诖?，研究了這兩種界面類型對graphene/h-BN異質結自旋輸運性質的影響，研究發(fā)現(xiàn)，兩種類型界面的異質結均表現(xiàn)出明顯的自旋過濾性質，并且在C-N界面類型的異質結中有明顯的負微分電阻現(xiàn)象。
　　2.Fe摻雜對graphene/h-BN異質