基于石墨烯纳米带自旋电子器件的机理研究

本课题以设计基于石墨烯纳米带的自旋电子器件为目的，使用第一性原理方法，紧密联系前沿实验研究，探索自旋电子器件的形成机理。课题拟从实验验证的模型出发，通过合理设计研究模型（含杂质、空位等），实现对石墨烯纳米带的结构、电子学性能的研究，进而研究其自旋电子输运性能，探究掺杂和缺陷对石墨烯纳米带的调制特性。并探讨复合缺陷与石墨烯纳米带体系的电学、磁学、光学特性的因果联系与作用机制，确立石墨烯纳米带的缺陷结构/性能间有效的参数控制体系。并构建基于此类石墨烯纳米带的自旋电子器件，研究与其相关的调控参数，促进基于石墨烯纳米带的自旋电子器件的设计与应用的理论研究与最新的实验进展更加紧密结合，为新型的基于石墨烯纳米带的自旋电子器件的应用奠定一定的理论基础。

在制备石墨烯的同时，样品中总会伴随着各种杂质和缺陷的出现，为了更好地设计基于石墨烯纳米带的电子器件，系统研究含各种缺陷情况下石墨烯纳米带的性能变化是十分必要的。本项目利用基于密度泛函理论的第一性原理，对不同缺陷和杂质对石墨烯纳米带的电子学性能的影响做了一系列的研究。本项目的主要研究内容包括：（1）研究发现通过复合缺陷中掺杂位置的变化能够调节石墨烯纳米带的能隙，从而为基于石墨烯纳米带的电子器件应用提供理论参考。（2）研究发现在石墨烯纳米带边缘的硼-氮掺杂浓度的变化能够使其从导体向半金属性转变，从而为自旋特性的研究及其器件的设计与应用提供理论依据。（3）研究发现镍原子与石墨烯纳米带的相互作用强于钴原子，而边缘吸附钴原子的石墨烯纳米带相对于吸附镍原子而言，更加容易向半金属性转变，这为基于石墨烯纳米带的自旋电子器件的设计提供了一条途径。