graphene(ZGNRs)/金属平面结的电子输运性质

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Graphene及其条带结构表现出来的优秀电子性质使其在纳米电子学领域中有着巨大的潜在应用价值。本文结合密度泛函理论与非平衡格林函数的方法,对graphene/金属和ZGNRs/Ni平面结的电子输运性质展开研究,主要的研究内容和成果如下:  (1)我们研究了graphene/Ni(111)平面结的电子输运性质。当graphene吸附在Ni衬底的(111)面时,存在两种稳定的吸附结构,即bridge-top和top-fcc吸附结构。由于graphene与Ni衬底之间能够形成较强的相互作用,从而使体系的传输表现出明显的自旋极化现象。通过分析双电极器件左右电极的功函差与它们的态密度,我们发现器件的传输性质与平面结中碳原子在费米能级附近的电子态有密切关系。并且费米能级下方的传输谷值发生了自旋劈裂,这是由于graphene与Ni电极的边缘存在的耦合作用,散射区和右电极中graphene的电子态发生自旋劈裂引起。此外bridge-top吸附结构中,双电极器件界面接触处波动相对较大的局域库仑势造成该体系在费米能级处出现传输带隙;  (2)我们研究了graphene与Au,Ag,Al以及Cu构成的平面结对其电子输运的影响。在这四类平面结的传输电导图中,都出现了两个传输谷值。其中,位于费米能级下方的第二个传输谷值并不完全依赖于金属衬底对graphene的掺杂效应。器件的传输谷值以及在正向与反向偏压下出现的不对称微分电导,主要是由悬浮graphene与金属衬底上graphene的功函数差以及在平面结附近存在的静电势所引起;  (3)我们研究了具有不同对称性的ZGNRs在Ni(111)衬底上的稳定吸附结构以及ZGNRs/Ni平面结对ZGNRs电子输运性质的影响。由于ZGNRs存在边缘态,因此ZGNRs与Ni(111)面之间具有很强的相互耦合作用,使ZGNRs从反铁磁的半导体向自旋极化的金属转变。并且观察到吸附在Ni(111)面上的ZGNRs表现出47%的自旋极化率。由ZGNRs/Ni平面结构成的双电极器件中存在的局域静电势使体系在费米能级附近出现了一个传输带隙。同时在最高分子占据轨道态附近ZGNRs/Ni平面结表现出100%的自旋过滤效率。
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