镍原子结和黑磷的电子输运及光电输运特性研究

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1、上海师范大学硕士学位论文摘要论文题目：镍原子结和黑磷的电子输运及光电输运特性研究学科专业：凝聚态物理学位申请人：李帅帅导师：谢逸群副教授、胡亦斌研究员摘要新颖纳米电子器件是目前研究的一个重要方向。一些低维材料如一维金属镍原子结以及黑磷等二维半导体材料表现出了优异的电学、力学及光学性能，显示了在光电探测、高密度存储及传感器等领域的巨大应用潜力。本论文采用第一性原理方法结合非平衡态格林函数理论研究了镍原子结及黑磷的光电输运特性。本论文首先研究了镍原子结在吸附氢原子或氢分子后出现小电导的机理。镍原子结在吸附氢分子后

2、可形成Ni-H2-Ni结构，其电导约为0.7G0，主要是由氢气分子的反键态和相邻镍原子的3d轨道发生强耦合而导致的；当吸附两个个氢原子形成Ni-2H-Ni结构时，电导约为1G0，并且是弱自旋极化的，当原子结中的原子间距较小的时候自旋向下的电导起主导作用。其次，我们研究了门电压调控的黑磷（单层黑磷）光电探测器的光生电流效应。结果表明，门电压或由黑磷/蓝磷组成的异质结都可破坏黑磷的反演对称性，在偏振光照射下无需施加源-漏电压即可产生显著的光生电流效应；施加门电压后，黑磷/蓝磷异质结的光电流明显增大，比黑磷的光电流

3、大3个数量级，还可得到高达数百的消光比；此外电子和空穴在黑磷/蓝磷异质结结构中是空间分离的，极大地降低了电子-空穴的复合率，从而有利于异质结产生持续的光电流。最后研究了磁性镍-氧原子结在低偏压下以及低温差下自旋极化的电输运性质。研究表明，在0~100mV偏压范围内可得到稳定的隧穿磁阻率和较高的电流自旋注入率，其中隧穿磁阻率大于60%，自旋平行结构的电流自旋注入率大于65%；在20～200K的温差范围内，自旋反平行结构的自旋注入率高于45%，并且自旋向上与自旋向下的电流流向相反。关键词：原子结，隧穿磁阻，自旋注

4、入率，黑磷，光生电流效应，非平衡格林函数方法，自旋电子学IAbstractMaster’sthesisofShanghaiNormalUniversityThesistheme:TheoreticalStudyontheElectronicTransportandPhotocurrentoftheNickleAtomJunctionandBlackPhosphorusMajor:CondensedMatterPhysicsApplicant:Shuai-shuaiLiAdvisor:Yi-qunXieYi-b

5、inHuAbstractNovelelectronicnanodevicesarethefocusofthestudytoday.Lowdimensionalmaterialssuchasone-dimensionalmetalatomjunctionsandtwo-dimensionalblackphosphorushavedemonstratedoutstandingelectrical,mechanicalandopticalproperties,showinggreatpotentialinappli

6、cations.Inthisthesis,westudiedtheconductanceofthenickelmetalatomjunctionwhichadsorbshydrogenatomsormolecule.WefoundthattheNi-H2-Niconfigurationhasaconductanceofapproximately0.7G0,whichcomesfromthestrongcoherenceofthehydrogenmolecule’santibondingstatebetween

7、the3dorbitalofthenearbynickelatoms.TheconductanceofthenickeljunctionwithasingleHatomiscloseto1G0,withaweakspinpolarization.Thespin-downchannelplaysaleadingroleinthelargerinterconnectiongap.Next,westudiedthephotogalvaniceffectofthephosphorene-basedphotodecto

8、r.Wefoundthatthespaceinversionsymmetryofthephosphorenecanbebrokenbythegatevoltageorbyaheterostructurewiththebluephosphorous.Arobustphotocurrentcanbegeneratedundertheilluminationofthepolarizedlightforth