鎳-黑磷-鎳隧道結(jié)的電輸運(yùn)及光電流的理論研究.pdf

1、電子材料和器件是當(dāng)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(duì)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(gè)顯著的趨勢(shì)：一方面，集成電路的尺寸越來(lái)越小，繼在十年前進(jìn)入納米尺度之后(<100納米)，在近期已達(dá)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(duì)開(kāi)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(lái)。相比于

2、石墨烯，黑磷具有直接帶隙，也擁有比二維過(guò)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(duì)鎳/黑磷/鎳隧道結(jié)的自旋電子輸運(yùn)及光電流性質(zhì)進(jìn)行第一性原理計(jì)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(gè)部分：第一章介紹黑磷的研究進(jìn)展及值得進(jìn)一步研究的問(wèn)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(yùn)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(yùn)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(duì)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(yùn)特性，這表明隧道結(jié)的界面結(jié)構(gòu)對(duì)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(yùn)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(huì)明顯提高，當(dāng)應(yīng)變?yōu)?0%時(shí)，達(dá)到最大值107%。對(duì)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(duì)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(yùn)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(duì)于自旋反平行結(jié)構(gòu)，當(dāng)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(shí)，自旋注入率達(dá)到99%。對(duì)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(dāng)偏壓在0.03~0.1V區(qū)間，偏振角度為30°及150°左右時(shí)，具有相對(duì)較高的自旋注入率；對(duì)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(shí)，電