【摘 要】
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随着芯片科技的不断发展,其内部传统硅基电子器只有不断缩小体积增大集成度才能满足人们未来对于电子设备的使用需求。可传统硅基电子器尺寸缩小至微观尺度时,电子器内部出现的量子效应会使其性能受到较大影响。以分子自旋电子学为基础而设计制造的分子自旋电子器可有效解决这一问题。而自旋电子的相互作用要比普通电荷间相互作用弱103倍,因此分子自旋电子器的能耗和稳定性是普通微型/分子电子器无法比拟的。而在分子自旋电子
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随着芯片科技的不断发展,其内部传统硅基电子器只有不断缩小体积增大集成度才能满足人们未来对于电子设备的使用需求。可传统硅基电子器尺寸缩小至微观尺度时,电子器内部出现的量子效应会使其性能受到较大影响。以分子自旋电子学为基础而设计制造的分子自旋电子器可有效解决这一问题。而自旋电子的相互作用要比普通电荷间相互作用弱103倍,因此分子自旋电子器的能耗和稳定性是普通微型/分子电子器无法比拟的。而在分子自旋电子器材料的选择上,石墨烯由于其厚度很小（仅为单原子厚度）,并且在性能上有出色的载流子迁移率,电导率等特性;石墨炔是一种新型的碳纳米结构材料,其结构具有共轭体系大、表面间距宽、化学性质和半导体性能稳定等众多优良特点。对于类石墨烯或类石墨炔纳米带,其边缘碳原子的电子占据控制着自旋极化传输,因此可以通过如掺杂缺陷、边界改性等多种方式更容易制作具备特定功能的分子自旋电子器件。本论文运用第一性原理的密度泛函理论（DFT）与非平衡格林函数（NEGF）相结合的方法,研究了在类石墨烯/炔纳米带中掺杂磁性原子对其自旋特性的影响。研究工作包括以下三方面:（1）利用三种磁性原子（铁、钴、镍原子）掺杂到含氮锯齿型类石墨炔纳米带（N-ZGyNRs）中对于该结构自旋性质及电学性能影响的研究。研究结果表明:掺杂不同的磁性原子可以有效调控原始N-ZGyNR的自旋性质和电学性能,从而可以获得人们所需性能的分子自旋电子器。（2）利用三种磁性原子（铁、钴、镍原子）掺杂到双层锯齿型石墨烯-石墨炔纳米带（d-pure-ZG-GyNRs）双探针结构中对其自旋性质及自旋电子输运影响的研究。研究结果表明:掺杂了不同磁性原子（M）的d-M-ZG-GyNRs双探针结构存在层间耦合效应,对所有结构的自旋极化电流产生了增强效果,d-Fe-ZG-GyNRs和d-Co-ZG-GyNRs的自旋性质表现为明显的自旋分裂,其中d-Fe-ZG-GyNRs表现出较为明显的自旋过滤效应,对自旋过滤器的研究和设计应用提供了新的前景。同时还发现d-M-ZG-GyNRs的总最大功率Pmax（sum）均较d-pure-ZG-GyNRs高,因此对于分子自旋电子器的性能提升手段提供了思路。（3）利用磁性钴原子掺杂到单层锯齿型石墨烯-石墨炔纳米带（Co-ZG-GyNRs）,同时使中心散射区与左右电极区成一定角度θ的Co-ZG-GyNRs-θ耦合双探针结构,观察其自旋电子输运性质。研究结果表明,Co-ZG-GyNRs-θ中存在下自旋极化电流被完全抑制的自旋过滤效应,同时该结构存在耦合效应使得上自旋极化电流随θ增大而增大,因此该结构可为自旋过滤器的设计以及提升分子自旋电子器性能提供一定思路。
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