【摘 要】
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石墨烯和黑磷烯的结构都比较独特,属于新型纳米材料。目前研究表明,石墨烯纳米带的热输运性能较好,基于此,本论文对电场作用下石墨烯纳米带的热输运性质进行了深入的研究。由于黑磷烯与石墨烯的结构比较相似并且都具有Zigzag和Armchair边缘,已有的研究结果表明掺杂石墨烯具有更广泛的应用价值,因此,本论文研究了利用掺杂来调控黑磷烯的性质。论文的具体内容包括:(1)研究了在电场调控下锯齿型石墨烯纳米带的
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石墨烯和黑磷烯的结构都比较独特,属于新型纳米材料。目前研究表明,石墨烯纳米带的热输运性能较好,基于此,本论文对电场作用下石墨烯纳米带的热输运性质进行了深入的研究。由于黑磷烯与石墨烯的结构比较相似并且都具有Zigzag和Armchair边缘,已有的研究结果表明掺杂石墨烯具有更广泛的应用价值,因此,本论文研究了利用掺杂来调控黑磷烯的性质。论文的具体内容包括:(1)研究了在电场调控下锯齿型石墨烯纳米带的热电性能;(2)通过3d过渡金属掺杂黑磷烯,研究不同原子和不同位置的掺杂对黑磷烯的调控作用。本文研究结果表明黑磷烯通过掺杂过渡金属可以产生磁性,进而有可能应用在自旋纳米器件中。在第一个工作中,我们采用四个重复单元的锯齿型石墨烯纳米带作为散射区,耦合到两个石墨烯电极构建成自旋电子学器件。通过第一性原理计算结合非平衡格林函数方法,研究不同电场下锯齿型石墨烯纳米带的热电性能。研究结果表明施加垂直电场,石墨烯纳米带的电子结构和热输运性质可以被调控;锯齿型石墨烯纳米带在温度梯度下表现出自旋相关的塞贝克效应,并且随着锯齿型石墨烯纳米带宽度的增加而增强。垂直电场可以调节器件将其从空穴传导转变成电子传导,为利用电场调控器件的热传输特性提供了可能。在第二个工作中,对单层黑磷烯进行3d过渡金属双原子掺杂,利用不同原子和不同位置的掺杂来调节黑磷烯的性能。在双原子同面掺杂黑磷烯中,Ti Mn-BP、Cr FeBP、Cr Co-BP、Mn Fe-BP和Mn Co-BP表现为双极磁半导体性质,Ti Cr-BP表现为半半导体性质,Fe Co-BP表现为半金属性质。在双原子异面掺杂黑磷烯中,Sc Ti-BP、Sc V-BP和Cr Fe-BP掺杂后使得体系产生双极磁性半导体性质,Ti Mn-BP掺杂后体系产生半半导体性质,Mn Fe-BP掺杂后表现为半金属性质。研究结果为进一步探索通过掺杂调节黑磷烯的性质,从而产生磁性半导体性质提供了理论基础,促进了3d过渡金属双原子同面掺杂和异面掺杂后的黑磷烯纳米带在热输运以及自旋电子器件中的应用。
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