类石墨烯氮化物纳米带电子输运性质的模拟与调控

Nano-electronic devices are of great concern to scientists, with the miniaturization of traditional electronic devices. Novel graphene or graphene-like nano-structure has become one of the hot research topics, and has high applicable potential in nano-electronic device fields. Graphene-like Nitride nano-structures could have a series of novel properties better than graphene. In this project, the density function theory and non-equilibrium Green's function theory would be used to systematically investigate the electronic and magnetic structures, as well as the electronic (spin) transport properties of 1D graphene-like Nitride nanoribbons (i.e., BNNRs, AlNNRs, and GaNNRs). Some factors influencing on the electronic and magnetic structures, as well as the electronic (spin) transport properties of the two armchair and zigzag Nitride nanoribbons would be discussed, e.g., width, defect, doping, edge structures, dangling bond, hydrogenation, fluorination, and adsorbing gas molecules, etc. Based on these methods, the electrical properties of Nitride nanoribbons would be adjusted, in order to show some novel functional properties, e.g., negative differential resistance, rectifying, switching, gas sensor, field effect transistor, spin filtering, etc., which are expected to be used in the future nano-electronic device fields.

传统电子器件的微型化引起科学家们对纳米电子器件的广泛关注。奇特的石墨烯或类石墨烯纳米结构已成为当今研究热点之一，在纳米电子器件领域具有广泛应用前景。类石墨烯氮化物纳米结构可能具有诸多优于石墨烯的奇特性质。本项目拟采用密度泛函理论和非平衡格林函数量子输运理论，系统探究一维类石墨烯氮化物纳米带(BNNRs, AlNNRs和GaNNRs)的电子结构、磁性结构以及电子(自旋)输运特性。分别讨论不同带宽，以及缺陷、掺杂、边缘结构裁剪、悬挂键、加氢或氟原子饱和、吸附气体分子等方法对扶手椅型和锯齿型两类氮化物纳米带的电子结构、磁性结构和电子(自旋)输运性质的影响。并据此调控氮化物纳米带的电学特性，使其表现出如负微分电阻特性、整流效应、开关效应、气体传感器效应、场效应晶体管效应、自旋过滤效应等功能特性，以期在将来的纳米电子器件领域发挥潜在应用。

传统电子器件的微型化引起科学家们对纳米电子器件的广泛关注。奇特的石墨烯或类石墨烯纳米结构已成为当今研究热点之一，在纳米电子器件领域具有广泛应用前景。我们采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，研究了类石墨烯氮化物纳米带的电子结构和电子输运性质。结果表明，其电流-电压曲线表现出负微分电阻效应。通过分析电子传输路径，表明电子主要沿着非氮边缘传输。例如，对于氮化硼纳米带，包含两种局域电流通道，B→B跃迁电流和B-N-B键电流。我们讨论了纳米带带宽对其输运性质的影响，结果表明纳米带带宽对类石墨烯纳米带所表现出的负微分电阻效应影响较小。我们进一步研究了通过边缘态调控(两个边缘多种加氢饱和情况)方式调控类石墨烯氮化物纳米带的电子结构，进而调控了其电子输运性质。例如，当纳米带两个边缘氢化时，表现出半导体特性，氮边缘和硼边缘氢化时也均表现出金属特性。两个边缘氢化时纳米带不导电，而一个边缘氢化时也表现出负微分电阻特性。我们研究了通过原子空位缺陷来调控类石墨烯纳米带的电子输运性质，结果表明原子空位缺陷可以导致电流明显减小，但仍然表现出负微分电阻效应。我们对氮化物纳米带的电子输运性质研究工作在纳米器件领域具有重要理论意义和潜在应用价值，例如可以作为负微分电阻器件的候选材料。我们还研究了几类石墨-氮化硼侧面异质结的电子输运性质。结果表明，与单纯的石墨烯纳米带和类石墨烯氮化硼纳米带不同，石墨-氮化硼侧面异质结表现出多种功能特性。当这些异质结具有左右构造类型时可以表现出有趣的整流效应，主要是由于当施加反向电压时，纳米带上的压降明显不同。当异质结呈上下分布构造时，则表现出负微分电阻效应，主要是由于在高偏压下传输通道减少所致。另外，当这些异质结具有左倾斜或右倾斜结构时可以表现出整流和负微分电阻效应。我们建议的石墨-氮化硼异质结在纳米器件领域具有潜在应用价值。.