【摘 要】
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自巨磁电阻效应发现以来,自旋电子学的研究已在科学技术和国民经济领域都取得了巨大的成功。当前自旋电子学的核心功能结构主要是“准三维”的磁性多层膜,随着科学技术对信息存储密度的要求进一步提高,自旋电子学的结构单元必然要向更低维度发展。石墨烯纳米带（graphene nanoribbon,GNR）具有较长的自旋扩散长度,同时也是一类新颖的拓扑量子材料平台,在准一维自旋电子学器件中具有广阔的应用前景。最近
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自巨磁电阻效应发现以来,自旋电子学的研究已在科学技术和国民经济领域都取得了巨大的成功。当前自旋电子学的核心功能结构主要是“准三维”的磁性多层膜,随着科学技术对信息存储密度的要求进一步提高,自旋电子学的结构单元必然要向更低维度发展。石墨烯纳米带（graphene nanoribbon,GNR）具有较长的自旋扩散长度,同时也是一类新颖的拓扑量子材料平台,在准一维自旋电子学器件中具有广阔的应用前景。最近的实验证明,一对替代硼原子（Boron,B）掺入7个原子宽的扶手椅石墨烯纳米带（N=7,armchair graphene nanoribbon,7AGNR）中具有本征磁性,性质稳定,为自旋电子学提供了准一维的磁性材料平台。另一方面,理论证明GNR是一类新型的一维拓扑材料,其拓扑相可由Z2或Z不变量表征,这为未来基于石墨烯纳米带的器件设计提供了新的思路。本论文通过第一性原理计算研究了一类石墨烯纳米带的磁性、拓扑及自旋输运性质,主要内容如下:1.证明了B2-7AGNR中磁性由π电子贡献,且调控B2的掺杂浓度可调节其磁性。通过构建横向石墨烯纳米带异质结,研究了单、双硼对掺杂7AGNR（B2-7AGNR和2B2-7AGNR）的自旋极化输运性质。对于B2-7AGNR,体系具有高度自旋极化的电流（94.4%～99.6%）与显著的负微分电阻效应。对于2B2-7AGNR,当两个自旋中心的磁矩从反铁磁耦合翻转到铁磁耦合时,体系产生超过15 000%的磁阻效应。2.研究了宽度为3、9（3p类）,7、13（3p+1类）,5、11（3p+2类）的有限长AGNR的拓扑性质与端态电子结构。结果表明拓扑理论预测的局域端态显示出本征磁性,并且当纳米带两端的磁矩反铁磁排列时体系处于磁基态。另外,纵向拉伸使5AGNR的能隙“闭合再打开”。能隙在晶格长度a=4.38（?）时闭合,随着晶格长度从4.38（?）继续增大或减小,体系分别向拓扑平庸相（Z2=0）或拓扑非平庸相（Z2=1）发展。
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