石墨烯納米帶P-N結的理論設計理念

《石墨烯納米帶P-N結的理論設計理念》是依託中南大學，由龍孟秋擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯納米帶P-N結的理論設計理念
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：龍孟秋
• 依託單位：中南大學

項目摘要

本項目以新型的碳基納米材料- - 石墨烯納米帶為研究對象，瞄準納米電子學.中最重要、最基礎的問題- - P-N 結的研究，從第一性原理角度出發，研究石墨烯納米帶P-N.結的電荷傳輸過程，深入探討其輸運機理、設計方法和性能最佳化方案。主要研究內容包括：建立一套比較完善的低維納米體系中載流子遷移率計算的理論方法，使其能較準確、高效地處理石墨烯納米帶中載流子輸運問題；預測通過各種可行的物理和化學手段調製後的石墨烯納米帶的載流子輸運性質；最佳化設計石墨烯納米帶P-N 結，並深入討論其內在的電荷傳輸機理，尋找最佳的設計方案，構造具有結構新穎、性能優越的石墨烯納米帶P-N 結，為實際的納米電子器件的研製提供理論指導和依據。

結題摘要

本項目針對石墨烯納米帶的載流子輸運性質展開了深入的研究，完善了相關的理論方法，提出了高性能石墨烯納米帶器件的設計方案，研究了PN結、整流器件、開關器件等石墨烯基納米器件的電荷輸運性質。特別是，對電荷輸運過程中的自旋特性問題進行了深入的探討，提出了石墨烯納米器件中如何實現自旋功能調控的方法，並給出了相應的物理機理。此外，本項目還對類石墨烯體系（比如二硫化鉬，石墨烯炔等）的電荷輸運性質進行了預測，發現了雙自旋過濾，自旋整流等的特性，為進一步深化對二維原子晶體材料的研究提供了理論基礎和依據。 項目資助的主要研究成果如下： 1、對半導體材料中載流子遷移率計算理論方法進行了發展和完善，考慮了多種散射機制的影響，並引入自旋軌道耦合作用對能帶結構的影響，推導出了多K點共同作用下的電荷弛豫時間的公式，建立了更加完善的理論研究方法。 2、研究了石墨烯器件的電荷輸運特性，考慮的摻雜，取代，缺陷等調製手段對其電荷輸運性質的影響。特別是，對石墨烯自旋功能器件展開了深入的研究，提出了一系列以石墨烯為基體的高性能納米自旋器件，比如，自旋閥器件，自旋整流以及自旋開關等的設計方案，並揭示了其電荷輸運的物理機理。 3、對類石墨烯體系的電荷輸運性質展開了深入研究。研究了二硫化鉬，矽烯，石墨炔等體系的電荷輸運性質，並提出了功能納米器件設計的理論方案，通過理論計算，對器件性能進行了最佳化。 4、此外，在項目的支持下，還對一些有機分子自旋器件的電荷輸運進行了理論計算，深入研究了有機自旋輸運的物理過程，探討了有機自旋注入，自旋傳輸、自旋弛豫等特性，並出了相應的理論機理。本項目通過三年的研究工作，各項計畫研究工作內容均已完成,達到預定科研目標。在本項目的支持下，目前已經正式發表科研論文19篇，其中17篇為SCI收錄，另外有5篇文章投寄到國外SCI源刊雜誌，所有論文均以項目負責人為通訊作者，且標註基金資助。