论文部分内容阅读
二硫化钼是一种典型过渡金属二硫化物，属于无机物。近年来，由于单层二硫化钼在纳米电子器件中的成功应用，令它受到了广泛的关注。相较于零带隙的本征石墨烯，单层二硫化钼是典型的半导体，具有1.8eV的直接带隙，这使得它在纳米电子器件中的应用比石墨烯更具优势。第一性原理的计算表明基于二硫化钼的晶体管具有高电流开关比、大跨导、低功耗等优良的性质。随着对二维二硫化钼研究的不断深入，科学家们把研究的目标也指向了它的一维结构。最近，各国的研究小组采用不同的方法在实验室中成功制备出二硫化钼纳米带，它的性质及潜在应用也成为了理论研究的热点。本论文中，我们采用第一性原理研究了二硫化钼纳米带的电、磁及自旋输运性质，并探讨了掺杂对二硫化钼纳米带性质的影响，主要内容如下： (1)基于密度泛函理论和非平衡态格林函数方法，我们研究了二硫化钼纳米带异质结的电子输运性质，该异质结由边缘不对称氢化的锯齿型二硫化钼纳米带（ZMoS2NR-H/ZMoS2NR）构成。计算结果表明该异质结具有与纳米带宽度无关的半金属性。能带结构及电子轨道波函数揭示了自旋通道的开启依赖于 ZMoS2NR-H和ZMoS2NR位于Mo边缘的轨道匹配。偏压下的I-V曲线表明，异质结在低偏压下具有很好的自旋阀效应，同时自旋电流还具有负微分电阻效应。 (2)研究了平行和反平行磁结构下锯齿型二硫化钼纳米带（ZMoS2NR）的输运性质。结果表明反平行结构的ZMoS2NR具有半导体性质，而平行结构的ZMoS2NR呈现金属性质。因此，利用外部局域磁场将ZMoS2NR磁结构由平行转变为反平行结构，ZMoS2NR将呈现出磁阻效应。I-V曲线表明，在室温下 ZMoS2NR的磁阻超过104数量级。ZMoS2NR产生巨磁阻效应的主要原因在于反平行结构下费米面附近左右电极的电子轨道无法匹配，从而遏制了电流。当ZMoS2NR宽度及长度发生变化时，巨磁阻效应仍存在于器件中。此外，反平行结构的ZMoS2NR还显示出双自旋阀效应。 (3)研究了Re原子替代Mo原子掺杂的扶手椅型二硫化钼纳米带（AMoS2NR）结构的稳定性及电、磁性质。结果表明掺杂后纳米带的基态由NM态转化为FM或AFM态，掺杂的位置对纳米带的性质有较大的影响。（1）Re掺杂于AMoS2NR边缘：相较于其他掺杂位置，Re位于AMoS2NR边缘时结构最为稳定。掺杂后，AMoS2NR的基态由NM转变为AFM态，并且在AFM和FM态下仍保持半导体的属性。（2） Re掺杂于AMoS2NR内部：Re位于AMoS2NR内部时结构仍具有很好的稳定性。掺杂后，纳米带的基态为FM，并且在该磁态下呈现出半金属性。（3）研究表明，纳米带的宽度对Re掺杂AMoS2NR的电学和磁学性质没有影响。