納米器件中電子輸運(yùn)的理論研究.pdf

1、隨著如今電子器件的特征尺寸逐漸進(jìn)入減小到納米級(jí)別，器件中的量子效應(yīng)開始凸顯。由于量子效應(yīng)的引入，納米器件中的電子輸運(yùn)表現(xiàn)出與經(jīng)典器件中不同的特性，不再能用經(jīng)典的輸運(yùn)模型來描述，而必須采用新的量子輸運(yùn)理論。本文主要通過直流輸運(yùn)和交流輸運(yùn)理論，研究了在納米器件中電子輸運(yùn)的一些性質(zhì)。
　　本文首先對(duì)基本的直流和交流輸運(yùn)理論進(jìn)行了介紹。這些輸運(yùn)理論通常建立在不同的理論方法的基礎(chǔ)上，本文則集中介紹了散射矩陣和格林函數(shù)方法，并討論了這兩種不同

2、的輸運(yùn)理論之間的聯(lián)系。該聯(lián)系的建立便于我們對(duì)這兩種不同輸運(yùn)理論方法進(jìn)行比較，并對(duì)其各自的適用范圍，局限性，所用近似等進(jìn)行更深的理解。
　　在這些基本輸運(yùn)理論的基礎(chǔ)上，本文首先利用電流圖像技術(shù)分析了三端納米器件中第三端對(duì)于器件輸運(yùn)性質(zhì)的影響。通過展示在不同配置下的器件內(nèi)部電流圖像，討論了第三端與原有兩端器件之間的夾角和耦合強(qiáng)度對(duì)于器件中的輸運(yùn)的影響。該直觀的電流圖像對(duì)于器件內(nèi)部散射過程的分析是對(duì)器件的外部的直流電導(dǎo)的分析的有力補(bǔ)充。

3、
　　本文同時(shí)討論了由石墨烯納米帶構(gòu)成的T-stub的交流輸運(yùn)性質(zhì)。在石墨烯納米帶中，存在著兩種性質(zhì)截然不同的邊界結(jié)構(gòu)，即armchair結(jié)構(gòu)和zigzag結(jié)構(gòu)。通過對(duì)其交流電導(dǎo)進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)其輸運(yùn)行為表現(xiàn)出很大的邊界結(jié)構(gòu)依賴性，這和對(duì)應(yīng)的直流輸運(yùn)的性質(zhì)是吻合的。由于部分態(tài)密度自身包含著端口和散射信息，所以與態(tài)密度不同，我們可以通過對(duì)部分態(tài)密度分布的分析，更細(xì)致地研究器件的輸運(yùn)性質(zhì)。因此，我們分析了在一些特征能量點(diǎn)時(shí)T-stu

4、b結(jié)構(gòu)中部分態(tài)密度的實(shí)空間分布，進(jìn)一步的展示了armchair和zigzag結(jié)構(gòu)納米帶的一些典型性質(zhì)，如在armchair結(jié)構(gòu)中的快速震蕩的橫向模式，和zigzag結(jié)構(gòu)中的邊緣態(tài)等。
　　在電荷輸運(yùn)的基礎(chǔ)上，我們將自旋指標(biāo)引入到交流輸運(yùn)理論中，初步建立了包含自旋堆積效應(yīng)的自旋交流輸運(yùn)理論。自旋堆積在交流輸運(yùn)理論中的引入是通過考慮交換相互作用完成的。交換相互作用使得器件內(nèi)部的電勢劈裂為與自旋相關(guān)的量，這與新引入的自旋自由度是相吻合的

5、。我們通過兩種模型來展示交換相互作用對(duì)于自旋交流輸運(yùn)的影響，即兩端模型和帶有門極的三端模型。通過兩端模型，我們展示了基本的帶有交換相互作用的自旋輸運(yùn)模型，并展示了自旋相關(guān)的內(nèi)勢的基本性質(zhì)。而在帶有門極的三端模型中，我們類比門極的電荷電容效應(yīng)，引入了類似的自旋電容性效應(yīng)。通過將這兩種電容效應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步展示了交換相互作用在自旋交流輸運(yùn)體系中的作用。交換作用和庫倫相互作用項(xiàng)對(duì)于電荷和自旋交流電導(dǎo)的交叉作用同時(shí)展示了電荷和自旋作為電子的內(nèi)