石墨烯纳米带P-N结的理论设计理念

本项目以新型的碳基纳米材料- - 石墨烯纳米带为研究对象，瞄准纳米电子学.中最重要、最基础的问题- - P-N 结的研究，从第一性原理角度出发，研究石墨烯纳米带P-N.结的电荷传输过程，深入探讨其输运机理、设计方法和性能优化方案。主要研究内容包括：建立一套比较完善的低维纳米体系中载流子迁移率计算的理论方法，使其能较准确、高效地处理石墨烯纳米带中载流子输运问题；预测通过各种可行的物理和化学手段调制后的石墨烯纳米带的载流子输运性质；优化设计石墨烯纳米带P-N 结，并深入讨论其内在的电荷传输机理，寻找最佳的设计方案，构造具有结构新颖、性能优越的石墨烯纳米带P-N 结，为实际的纳米电子器件的研制提供理论指导和依据。

本项目针对石墨烯纳米带的载流子输运性质展开了深入的研究，完善了相关的理论方法，提出了高性能石墨烯纳米带器件的设计方案，研究了PN结、整流器件、开关器件等石墨烯基纳米器件的电荷输运性质。特别是，对电荷输运过程中的自旋特性问题进行了深入的探讨，提出了石墨烯纳米器件中如何实现自旋功能调控的方法，并给出了相应的物理机理。此外，本项目还对类石墨烯体系（比如二硫化钼，石墨烯炔等）的电荷输运性质进行了预测，发现了双自旋过滤，自旋整流等的特性，为进一步深化对二维原子晶体材料的研究提供了理论基础和依据。.项目资助的主要研究成果如下：.1、对半导体材料中载流子迁移率计算理论方法进行了发展和完善，考虑了多种散射机制的影响，并引入自旋轨道耦合作用对能带结构的影响，推导出了多K点共同作用下的电荷弛豫时间的公式，建立了更加完善的理论研究方法。.2、研究了石墨烯器件的电荷输运特性，考虑的掺杂，取代，缺陷等调制手段对其电荷输运性质的影响。特别是，对石墨烯自旋功能器件展开了深入的研究，提出了一系列以石墨烯为基体的高性能纳米自旋器件，比如，自旋阀器件，自旋整流以及自旋开关等的设计方案，并揭示了其电荷输运的物理机理。.3、对类石墨烯体系的电荷输运性质展开了深入研究。研究了二硫化钼，硅烯，石墨炔等体系的电荷输运性质，并提出了功能纳米器件设计的理论方案，通过理论计算，对器件性能进行了优化。.4、此外，在项目的支持下，还对一些有机分子自旋器件的电荷输运进行了理论计算，深入研究了有机自旋输运的物理过程，探讨了有机自旋注入，自旋传输、自旋弛豫等特性，并出了相应的理论机理。. 本项目通过三年的研究工作，各项计划研究工作内容均已完成,达到预定科研目标。在本项目的支持下，目前已经正式发表科研论文19篇，其中17篇为SCI收录，另外有5篇文章投寄到国外SCI源刊杂志，所有论文均以项目负责人为通讯作者，且标注基金资助。