鎳-黑磷-鎳隧道結(jié)的電輸運及光電流的理論研究.pdf

1、電子材料和器件是當代信息技術(shù)的基礎(chǔ)，隨著自旋電子學(xué)的發(fā)展以及對新型器件產(chǎn)品的需求不斷提升，集成電路的發(fā)展呈現(xiàn)出兩個顯著的趨勢：一方面，集成電路的尺寸越來越小，繼在十年前進入納米尺度之后(<100納米)，在近期已達到10納米以下的技術(shù)水平；另一方面，一些新材料，如石墨烯、碳納米管等已可應(yīng)用于集成電路中，顯示了其在納米器件領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。研究這些低維納米材料的性質(zhì)對開發(fā)納米電子學(xué)器件是至關(guān)重要的。2014年新的二維材料黑磷被制備出來。相比于

2、石墨烯，黑磷具有直接帶隙，也擁有比二維過渡金屬硫化合物更高的遷移率，因此引發(fā)了廣泛的研究工作。本文對鎳/黑磷/鎳隧道結(jié)的自旋電子輸運及光電流性質(zhì)進行第一性原理計算研究，為基于黑磷的自旋電子學(xué)器件提供理論參考。
　　本研究分為六個部分：第一章介紹黑磷的研究進展及值得進一步研究的問題。第二章主要介紹本論文研究所采用的基于密度泛函理論結(jié)合非平衡態(tài)格林函數(shù)的量化輸運方法。第三章研究了兩種界面的鎳/黑磷/鎳隧道結(jié)在非平衡態(tài)下的自旋極化的電輸

3、運性質(zhì)。研究結(jié)果表明：在0~70mV偏壓范圍內(nèi)，Ni(100)界面的鎳/黑磷/鎳隧道結(jié)具有穩(wěn)定的隧穿磁阻和高的電流自旋注入率，其中隧穿磁阻約為40％，對于自旋平行結(jié)構(gòu)，自旋注入率約為60%； Ni(100)界面的鎳/黑磷/鎳隧道結(jié)要比 Ni(111)界面的隧道結(jié)具有更好的自旋極化輸運特性，這表明隧道結(jié)的界面結(jié)構(gòu)對體系的隧穿磁阻、自旋注入率有重要影響。第四章研究拉伸及彎曲應(yīng)變下的Ni(100)界面的鎳/黑磷/鎳隧道結(jié)在平衡態(tài)下的自旋極化的

4、電輸運性質(zhì)。結(jié)果表明：在拉伸應(yīng)變范圍內(nèi)即0~15%，隧穿磁阻會明顯提高，當應(yīng)變?yōu)?0%時，達到最大值107%。對于自旋平行結(jié)構(gòu)，自旋注入率從8%提升到了43%；隨著彎曲度增加，隧穿磁阻單調(diào)增加，從7%提升到50%。對于自旋平行結(jié)構(gòu)，自旋注入率隨彎曲度單調(diào)增加，保持在70%左右。第五章，研究了在線偏振光及橢圓偏振光照射下，Ni(111)界面的鎳/黑磷/鎳隧道結(jié)在偏壓下的自旋輸運性質(zhì)。結(jié)果表明：在0.03~0.1V偏壓區(qū)間，偏振角度在30°

5、、150°左右，有較大的隧穿磁阻30~50%；對于自旋反平行結(jié)構(gòu)，當偏壓在0.03~0.1V區(qū)間，偏振角度在45°至135°之間，具有高于60%的自旋注入率。偏壓為0.08V時，自旋注入率達到99%。對于自旋平行結(jié)構(gòu)，自旋注入率比反平行結(jié)構(gòu)的要小，當偏壓在0.03~0.1V區(qū)間，偏振角度為30°及150°左右時，具有相對較高的自旋注入率；對于反平行結(jié)構(gòu)，自旋流基本不隨偏壓變化，電荷流隨偏壓變化逐漸增大。偏振角度為90°，偏壓為0V時，電