金屬納米結構中對稱性與量子輸運性質

《金屬納米結構中對稱性與量子輸運性質》是依託南京大學，由張瑞利擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：金屬納米結構中對稱性與量子輸運性質
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張瑞利
• 依託單位：南京大學

項目摘要

金屬納米結構由於其獨特的電學、光學以及磁學性質，已成為發展新型電子器件的重要組成部分。本項目研究金屬納米線、金屬介觀環中對稱性與量子輸運性質，以及鐵磁金屬納米結構中自旋相關的電輸運性質。在Landauer彈道輸運的框架下，運用轉移矩陣等方法計算金屬納米線的透射係數，金屬介觀環的能譜和持續電流，以及鐵磁金屬納米結構中自旋相關的透射係數和自旋極化性質，並運用三對角矩陣對角化方法計算這些系統的本徵值及其對應的波函式。將理論結果與實驗對比，給出實驗現象的合理解釋。同時，在金屬納米結構中引入對稱性，討論鏡面對稱結構對量子輸運性質的調製，設計一些量子開關、自旋電晶體、自旋電池等量子器件，尋找實驗實現的途徑。通過本項目的研究，有望深入理解金屬納米結構中的量子輸運性質，得到一些新現象和新效應，為新型電子器件的研製開拓思路。

結題摘要

金屬納米結構具有獨特的電學、光學以及磁學性質，研究其量子輸運性質對於發展新型電子器件具有重要的意義。本項目研究了金屬納米線、金屬介觀環、鐵磁金屬/半導體納米結構中對稱性與量子輸運性質。主要完成了三方面工作：第一，解析推導並計算了對稱型金屬納米線中電子透射譜和波函式，得到了電子的共振透射；在此基礎上理論計算了金屬納米線在位能以k-component Fibonacci (KCF) 分布時電子的輸運性質，得到了量子開關效應。第二，解析推導並計算了對稱型鐵磁金屬/半導體級聯異質結中電子透射譜、自旋相關的電導、以及磁電阻，得到了自旋相關的電子共振透射和反向磁電阻效應；在此基礎上推導並計算了具有自旋-軌道耦合效應的二維超晶格中電子能譜和電導，得到了自旋劈裂的能帶結構和自旋極化電導。第三，解析推導並計算了對稱型金屬介觀環中電子能譜和磁通誘導的持續電流，結果表明，在帶隙中出現了缺陷模，在缺陷模附近，持續電流的值異常小；在此基礎上理論計算了非線性Frenkel-Kontorova (FK) 介觀環中電子能譜和磁通誘導的持續電流，得到了持續電流關於磁通、費米能級以及介觀環微結構的變化規律。通過完成三個方面的研究，為發展新型電子器件開拓了思路，並取得了一些有意義的結果，目前已經發表及待發表14篇SCI論文（包括1篇Appl. Phys. Lett., 1篇Phys. Rev. B, 1篇Nano Lett., 5篇J. Appl. Phys., 4篇J. Nanosci. Nanotechnol., 1篇Eur. Phys. J.-Appl. Phys., 1篇Jpn. J. Appl. Phys.）。培養2名碩士研究生（畢業1名）、2名博士生（畢業1名）、2名本科生（畢業2名）。參加了4次國際國內學術會議，並做口頭報告或展示海報5個。