《電-聲子散射對石墨烯場效應管暫態輸運性質的影響》是依託深圳大學，由王斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：電-聲子散射對石墨烯場效應管暫態輸運性質的影響
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王斌
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
回響速度是描述納米電子器件運算性能的一個重要指標。通過測量暫態過程中電流隨時間的演化，人們可以獲得納米電子器件的回響速度。理論上，電子器件的回響速度不僅依賴於電子的固有時間尺度，也跟器件中的相互作用密切相關，其中最重要的是電-聲子相互作用。在本項目中，我們擬採用非平衡格林函式方法，發展描述納米體系暫態輸運性質的理論。在該理論中，我們既要考慮電子的固有時間尺度，也要考慮由電-聲子非彈性散射引起的弛豫時間尺度。另一方面，考慮到電子器件本身的結構特徵在輸運過程中扮演著非常重要的角色，我們擬將該描述電子器件暫態輸運性質的理論和密度泛函理論相結合，從第一性原理計算出發研究不同石墨烯場效應管的暫態輸運性質，進而分析各種臨界參數，包括聲子、偏壓、溫度、石墨烯條帶的寬度、場效應管的溝道長度、雜質（比如N/B摻雜）、襯底（比如SiC）等對器件回響速度的影響。
結題摘要
電流對偏壓的回響速度是描述納米尺寸電子器件性能的一個重要指標。作為最重要的新材料之一，石墨烯被廣泛認為是製備新一代納米器件的主要材料之一。因此，研究基於石墨烯的納米器件的暫態輸運性質具有非常重要的科研價值和現實意義。本項目從理論上研究了基於石墨烯的納米器件的暫態輸運性質。首先，我們發展了一套非平衡格林函式理論來描述納米體系暫態輸運性質，並基於該理論開發了一套計算程式。緊接著，我們利用該程式，從第一性原理計算出發研究不同石墨烯場效應管的暫態輸運性質。 以磁性鈷-石墨烯納米器件為例，我們研究了在器件兩端施加突然打開的台階狀電壓脈衝後電流對電壓的回響過程。我們針對了以下幾個問題進行了探討：（1）自旋極化的電流需要多長的演化時間才能夠達到穩定狀態？（2）回響時間和電壓脈衝信號的強度有什麼關係？（3）石墨烯的手性對器件回響時間有無影響？（4）由電聲子散射對回響時間有無影響？ 計算表明，該磁性納米器件的接通時間大約為5-20飛秒，但是電流的弛豫時間卻長達幾個皮秒。對自旋向上和向下的電子皆是如此。回響時間決定於費米能級以下的共振態，而與石墨烯的手性和脈衝偏壓的大小無關。電流衰減振盪的頻率等於脈衝偏壓大小的二分之一，衰減率等於對應共振態的壽命。當考慮了體系的非彈性相位弛豫散射之後，瞬態電流原來較持久的振盪行為得到抑制，弛豫時間減少至幾百飛秒。該研究結論表明：（1）在以石墨烯作為導電材料製備納米器件時，石墨烯的手性選擇並不重要。換句話說，石墨烯的手性對器件中電流的流動影響不大，這樣在石墨烯器件製備中有了更大的選擇餘地。（2）自旋向上的電子和自旋向下的電子具有相近的回響速度，自旋極化程度對此沒有影響。（3）適當的溫度和雜質散射可以抑制電子的長時間振盪，有助於提高器件的回響速度。該項目的順利完成對製備新一代高速度、低功耗的石墨烯電子器件提供了理論指引。
