有机-金属配合物的自旋输运性质研究

根据已有的实验事实，从实际材料中抽象出理论模型，利用非平衡态格林函数理论 (Nonequilibrium Green's function theory (NEGFT)方法对有机配体-金属化合物的自旋输运性质进行研究，探索其磁相互作用机理及量子输运效应，为有机配体-金属化合物的设计和组装、在分子元器件的设计和应用上提供理论依据。并且利用密度泛函理论与非平衡态格林函数相结合的方法对有机半金属配合物磁体-无机电极界面、有机半导体配合物磁体-无机电极界面的电子和自旋输运进行研究，并研究其磁阻效应和负微分电阻现象，研究其输运机理，为有机自旋电子学的发展提供理论基础，促进凝聚态物理与化学、材料学科的交叉发展。

本项目运用和发展了非平衡态格林函数结合密度泛函理论，对一系列有机-金属配合物的自旋输运性质进行了研究，设计和组装了具有高自旋过滤效应和负微分电阻效应的自旋电子学器件，为自旋电子学器件的制备提供了理论基础。(1) 研究了一维三明治结构的有机-金属配合物分子团簇，分析其电磁性质及结合金电极之后的输运性质和机理，为低维自旋电子学器件的制备提供一些理论基础。低维自旋电子学是结合纳米电子学和自旋电子学的交叉科学，它结合了两者的优势。我们发现一维有机金属团簇在输运中有高自旋过滤效应和负微分电阻效应。此外，我们还发现了新的一维三明治有机金属结构的的新有机半金属材料。(2) 我们设计了一个单分子电子学器件，它是由单个噻吩分子夹在两个一维的金电极之间构成。两种不同的接触界面被研究，一种是将分子通过两端的S基对称地连接到两边的金表面，另一种是非对称结构，将分子的一端通过巯基(-S)连接到金表面，而另一端通过H原子物理吸附到金表面。计算的电流电压曲线显示了奇异的负微分电阻和整流效应，同时还伴随着振荡特性。这些现象在过去他人的理论与实验结果中并未发现。(3)我们讨论了一种石墨烯异质结中温差和自旋流之间的关系，得到了理想的自旋塞贝克效应，并指出了热生纯净自旋流的可能性。这种器件在有无外磁场下，热致电流的差异非常大，产生了热致庞磁阻效应。我们还设计了基于石墨炔纳米带的二极管、自旋过滤器、自旋场效应管以及热自旋电子学器件等。