石墨烯基磁隧穿結的隧穿磁電阻效應.pdf

1、石墨烯作為二維碳納米材料，由于獨特的電子結構表現出許多新奇的物理性質，使其成為納米自旋電子器件極其重要材料。如何在石墨烯中獲得自旋極化的電子流是石墨烯基自旋電子學研究的一個重要課題。本論文基于采用密度泛函理論的第一性原理及非平衡格林函數的方法，針對石墨烯基隧穿磁阻結的量子輸運性質的調制效應展開研究，主要研究成果如下：
　　1、我們針對石墨烯與過渡金屬Cr構成的磁隧穿結的電子輸運性質進行了系統(tǒng)的研究。在零偏壓下，Cr/graphen

2、e/Cr磁隧穿結的隧穿磁阻比率達到了108％，表現為明顯的自旋過濾器特征，該系統(tǒng)可以實現高比率的自旋過濾的主要原因是Cr(111)在倒空間M、K點附近鐵磁狀態(tài)下自旋向上的k|-resolved傳輸電導遠大于其自旋向下和反平行狀態(tài)下的的k|-resolved傳輸電導，而石墨烯中的碳原子與Cr原子在界面處強烈的耦合作用，使得n型摻雜石墨烯在M和K點附近對電子的傳輸具有選擇性，為單自旋電子傳輸提供有效的傳輸通道，從而提高了系統(tǒng)的電子輸運性質。

3、此外，通過對傳輸電導和隧穿磁電阻的分析發(fā)現，在低偏壓窗口[-0.5V,0.5V]，隨著外加偏壓的增大，體系的I-V特性曲線在零偏壓附近呈線性變化，表現出了良好的金屬特性。為了量化外加偏壓對Cr/graphene/Cr隧穿磁阻效應的調控，我們計算了外加偏壓下的隧穿磁阻率，計算結果表明外加偏壓能有效調控系統(tǒng)的隧穿磁阻比率。在[-0.5V,0.2V]偏壓窗口下，體系的隧穿磁阻比率隨著外加偏壓的增大而減小，當偏壓大于0.2V時，系統(tǒng)的隧穿磁阻比

4、率不再減小，而是隨著偏壓的增大變化呈現出65％左右的平臺；
　　2、對比研究了石墨烯和石墨烷與過渡金屬Ni構成隧穿磁阻結的量子輸運性質。當石墨烷吸附在Ni(111)表面時，它的穩(wěn)定吸附結構與石墨烯在Ni襯底的穩(wěn)定吸附位置相同，即top-fcc對位。通過對傳輸系數譜線的計算，結果發(fā)現，石墨烷與Ni構成的隧穿磁阻結的隧穿磁阻率與Ni/graphene/Ni體系相比降低了6.4％，主要原因是Ni/graphene/Ni磁隧穿結中的絕緣層