《功能化石墨烯相關元器件的理論設計及機理研究》是依託長沙理工大學，由張振華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：功能化石墨烯相關元器件的理論設計及機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張振華
- 依託單位：長沙理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以分子及納米材料為基礎的功能元器件正開創電子學發展的新紀元。然而，在過去的幾十年里，有機分子電子器件的研究一直未能走出低性能的困境。近幾年來，石墨烯納米材料的大規模製備及有效功能化，為分子納米器件的跨越式發展提供了新的契機。本項目針對目前研究中存在的問題，著力從理論上探索石墨烯功能化的新途徑，以發展高性能的電學及磁學元器件。主要研究內容包括：高極化自旋磁效應及過濾器特性研究；高性能整流及三極體效應元器件的設計及機理分析，等。主要研究特色是：通過模擬分析重在發現能提升元器件性質的新型納米結構，並突出自旋極化效應這一研究主線，以發展自旋電子學新器件；注重機理及調控因素的分析，以發現一般規律；充分計入電極影響及功能化石墨烯中實際存在的電子-聲子耦合效應（極化子輸運問題），以發展相關理論，構建更準確有效的模擬工具及元器件模型。本研究將為實際製備石墨烯電子器件提供結構模型、理論參考及新的思路。
結題摘要
近幾年來，石墨烯材料的成功製備及有效功能化，為分子納米器件的跨越式發展提供了新的契機。本項目針對目前研究中存在的問題，著力從理論上探索石墨烯功能化的新途徑，以發展高性能電子元器件。研究方法採用的是基於非平衡態Green函式與密度泛函理論的第一原理計算，並充分計入電極影響。研究內容包括：電子自旋極化及過濾器特性；高性能整流效應元器件的設計及機理分析；三極體效應元器件的設計及機理分析，等。對電子自旋極化及過濾器特性研究，我們主要集中在對各種實驗可能邊形的墨烯納米帶（GNRs）在其邊緣用P原子進行修飾的磁序；扶手椅型GNRs的邊緣進行Mn及F2 共修飾的高性能半金屬特性（half-metal）；鋸齒三角形石墨烯與碳鏈構成的全碳複合結構的半金屬特性的碳鏈原子個數的偶奇依賴性；鋸齒三角形石墨烯的B原子內部摻雜及Cu, Co, O 或 B原子邊緣鈍化對磁序的調控；線缺陷對鋸齒GNRs的自旋極化的調控效應；同時還研究了對稱及非對稱H 飽和鋸齒GNRs自旋極化及自旋過濾特性；n-型摻雜鋸齒GNRs邊接觸依賴性的自旋過濾特性；基於鋸齒GNRs的雙自旋半導體的設計；五角石墨烯的自旋極化；5-6-7角石墨烯的自旋極化，等。對高性能整流效應的研究，我們主要集中在苯環橋接硼及氮周期性替代摻雜扶手椅型GNRs作為左右電極的分子器件的整流特性（整流比10^9-10^11數量級）；鋸齒三角形石墨烯做為芯分子連線到鋸齒GNRs電極上雙自旋整流特性；GNRs的多晶異質結的自旋整流；F2-AGNR-Mn-H2異質結自旋整流（整流比可達10^8）；氟原子飽合的“聖誕樹”型石墨烯納米帶的自旋整流效應（整流比可達10^10）；等。而對三極體效應元器件的研究，我們主要集中在鋸齒型石墨烯環的場效應管；5-6-7元環石墨烯納米帶的場效應；五角石墨烯納米帶的場效應，等。這些研究注重機理分析，力圖建立“功能化新結構—電子結構—元器件性質”三者之間的緊密聯繫，以發現一般規律，為實際製備提供新的思路和理論參考。
