《平面構型Si基納米材料的自旋極化及電子輸運性質研究》是依託濟南大學，由張昌文擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：平面構型Si基納米材料的自旋極化及電子輸運性質研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張昌文
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
Si基納米材料是目前納米材料研究的最前沿領域之一，其特點在於結構新穎，物理內涵豐富，套用前景巨大。本項目擬對平面結構Si基納米材料的生長機理、磁學性能調控和器件設計展開系統研究：（1）研究Si基納米結構的微觀形成機理，弄清材料的形貌與襯底、納米尺寸及生長溫度等的關係，預測具有優異自旋輸運性質的穩定構型Si基納米材料。（2）研究納米片/帶/結中本徵缺陷和離子摻雜，以及外電場等對電荷轉移量、原子間鍵合和形成能的影響，弄清電子的自旋極化特徵和輸運性質。（3）研究小型分子和分子基團等對納米結構進行物理和化學修飾，弄清微觀結構和電磁性能的關係，實現納米材料的性能最佳化和功能化；（4）設計幾種Si基納米器件，分析電子結構與材料自身的手性、長度、分支的高度、寬度的關聯效應，弄清自旋電子輸運性質。本項目有助於我們對平面Si基納米結構中自旋極化電子輸運性質的認識，促進新型Si基納米材料與器件的發展。
結題摘要
本項目利用密度泛函理論的第一性原理計算和緊束縛模型方法，對二維Si基納米材料的電子性質展開了系統研究,設計出了多種矽基納米異質結構, 對促進新型Si基納米材料與器件的製備具有重要意義。[1] 研究了單層ZnS襯底通過范德瓦爾斯作用對矽烯電子性質的影響。我們發現這種異質結構構型打開了相當大的帶隙（0.025 ~1.05 eV），矽烯的狄拉克錐性質被很好的保存了下來，這就意味著其小的電子有效質量和高的電子遷移率均不會被破壞，為其在矽基場效應電晶體中的套用奠定了基礎。[2] 鑒於單層過渡金屬硫化物的成功製備，研究了矽烯在MoSe2襯底上生長時的結構可行性以及電子特性。我們在矽烯/MoSe2異質結結構中觀察到線性能帶色散關係，並且具有一個很大的帶隙。更重要的是，我們發現異質結的帶隙以及電子有效質量可以通過層間距、平面應力、外電場進行有效的調控。[3] 基於晶格的完美匹配，我們選取了矽烷和鍺烷作為矽烯的外延襯底。結合能計算表明異質結之間是范德瓦爾斯相互作用。矽烯和襯底之間由於在位能的不同誘使對稱性破缺，使得異質結的能帶打開了帶隙，且能保持線性能帶色散關係。層間距和雙層應力的調控可以實現異質結的帶隙呈現打開和閉合的邏輯電路關係。[4] 在矽烯的研究基礎上，我們還研究了不同襯底對石墨烯和鍺烯電子性質的影響，比如BC3和鍺烷襯底。在這些異質結構型中，石墨烯和鍺烯均保留了其狄拉克錐特性。帶隙的可調性和低的電子有效質量保證了這些異質結在未來微電子器件中的套用。[5] 探究了鍺烯吸附金屬原子以及氟化氮化鋁納米麵的幾何、電子和磁學性質。在這些納米結構中，存在多種有趣的電子性質，如極化率為100%的半金屬，磁性半導體。這類材料在未來自旋電子學器件中的套用具有重要的意義。[6] 研究了通過有機官能團和鹵族元素修飾來實現錫烯和TlSb薄膜的量子自旋霍爾效應。結合wannier函式，我們證明了其螺旋邊緣態的存在。它們的體態帶隙可以達到0.2eV以上，並且可以通過應力和電場來進行有效的調控。這些研究成果為新型二維拓撲絕緣體的設計起到了推動作用。
