石墨烯条带和碳链组成的分子结的输运行为
石墨烯是一种单原子层的二维材料，为研究其和碳链组成的分子结的输运行为，我们采用ATK模拟出石墨烯与碳链分子结之间的模型，通过附加不同的电压研究其自旋流和电荷流的变化来分析输运行为，结果发现，随着电压的增加，其中自旋相关的电流出现了负微分电阻情况。电荷流随着电压的增加而增加，然而自旋流也出现了负微分电阻现象。
关键词：石墨烯 输运行为 碳链 M00052
Transport behaviors of the molecular junctions based on graphene nanoribbons and carbon chains
Abstract
Graphene is a two-dimensional material with the single atomic layer of semiconductor. To investigate the transport behavior of the graphene nanoribbons and carbon chain, we use the ATK to simulate the model and investigate the variation tendencies of the spin current and charge current as the bias voltage increases. We find that the spin-dependent electric current exhibits the negative differential resistance (NDR) behavior. In addition, we find that the charge current increases with the bias voltage, while the spin current also has a NDR behavior.
Keywords: Graphene; Transport behaviors; Carbon chains
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第一章 引 言 1
1.1石墨烯概述 1
1.1.1石墨烯的定义 1
1.1.2石墨烯的制备 1
1.1.3石墨烯的性质 2
1.1.4石墨烯的应用 2
1.2石墨烯概述 3
1.3碳原子的研究现状 4
第二章 模型的建立和研究方法 5
2.1模型的建立 5
2.2 电流的计算公式............................................................................................................5
第三章 数值结果和讨论...................................7
3.1碳链线性状态下的透射谱 7
3.2自旋相关的电流随电压的变化....................................................................................8
结 束 语 11
参考文献 12
致 谢 13
1.1石墨烯概述
1.1.1石墨烯的定义
石墨烯是一种新的由碳原子构成的单板结构的材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道构成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，惟有一个碳原子厚度的二维材料[1]。
1.1.2 石墨烯的制备
石墨烯材料在工业上有多种制备方法，常见的有氧化还原法、溶剂剥离法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。下面仅介绍化学气相沉积法、氧化还原法和溶剂剥离法这3种方法[2-4]。
1）化学气相沉积法：所谓化学气相沉积法是指将反应物质在气态条件通过一定条件使其发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，从而制得目标固体材料的技术。一般是利用一种以镍为基片的管状简易沉积炉，通入含碳气体，在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯，通过一定的化学方法，让石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯[5]。
2）氧化还原法：顾名思义，氧化还原法就是通常所说的化学中的氧化还原方法，具体来说，石墨烯的制备是指将石墨与强酸或者强氧化性物质经过化学反应生成氧化性质的石墨，再经由超声分散制成氧化石墨烯，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，得到石墨烯[6-7]，氧化还原法制备很是便宜且容易成功，是制备石墨烯的最好办法，并且这样可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了人们公认的石墨烯无法分散的问题，但这样也有很大的弊端，例如可实现大量制备石墨烯也容易带来废液污染[8]，另外这种制备方法制备的石墨烯存在一定的缺陷，可能会导致石墨烯部分电子性能的产生缺陷，使石墨烯的实际应用跟理论不符合。
3）溶剂剥离法：溶剂剥离法的原理是将少量的石墨分散于溶剂中，形成低浓度的石墨液体，利用超声波磨损石墨层间的范德华力，此时溶剂就可以插入石墨层间，进行层层剥离，制备出石墨烯。这种方式不会像氧化还原法破坏单层石墨烯的内部结构，可以制备质量更高的石墨烯。
1.1.3石墨烯的性质
因为热力学涨落的理论是不会让任何二维晶体在有限温度下存在的[8]，所以，石墨烯的发现快速地让凝聚态物理界感到震惊。即使理论认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯还是在实验中被制出。有人认为这些可能是由于石墨烯存在着微观皱纹[9]，当然这也只是可能的原因而已，事实是因为什么原因而导致石墨烯的存在，到目前为止并没有一个令人信服的解答，石墨烯有很多奇妙的性质。下面分别石墨烯的一些主要性质。
1）电子传输。常温下，石墨烯具有令人惊奇的高电子迁移率，它的电阻率极小，一般我们认为银是电阻率最低的物质。而实际上石墨烯比银的电阻率还要稍小，所以，石墨烯是很优良的导体[10]。如果深入研究石墨烯，他可能会成为任何一个量子计算机所需的子元素的合适的材料。
2）光学性质。独特的电子性能的石墨烯是造成高不透明度的主要原因。而令人惊奇的是，这不透明度竟然只跟动力学中精细结构常数有关[11]，因为精细结构常数一般只出现于量子电动力学，而在材料科学领域找到它却是很不常见的，所以这种性质很是让人惊叹。
3）机械性能。从石墨烯备发现以来，石墨烯就被认为这个世界上硬度度最高的物质。经过大量研究，它的强度甚至比钢铁还要高上很多倍。强度之高，可见一般。但是近年人们发现石墨烯的强度虽然极高，但它的韧性却可能并不是那么的理想，石墨烯一旦出现裂缝，那它的抗压能力会大大降低，这种程度的降低将会大大地出乎人们的意料。
1.1.4石墨烯的应用
石墨烯的性质导致了其应用范围很广。根据其优良的电子迁移率，使它在微电子领域具有巨大的应用价值[12]。甚至石墨烯有可能会成为常用半导体材料硅的替代品，制造性能更好更微型晶体管 查看完整请+Q:351916072获取
关键词：石墨烯 输运行为 碳链 M00052
Transport behaviors of the molecular junctions based on graphene nanoribbons and carbon chains
Abstract
Graphene is a two-dimensional material with the single atomic layer of semiconductor. To investigate the transport behavior of the graphene nanoribbons and carbon chain, we use the ATK to simulate the model and investigate the variation tendencies of the spin current and charge current as the bias voltage increases. We find that the spin-dependent electric current exhibits the negative differential resistance (NDR) behavior. In addition, we find that the charge current increases with the bias voltage, while the spin current also has a NDR behavior.
Keywords: Graphene; Transport behaviors; Carbon chains
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第一章 引 言 1
1.1石墨烯概述 1
1.1.1石墨烯的定义 1
1.1.2石墨烯的制备 1
1.1.3石墨烯的性质 2
1.1.4石墨烯的应用 2
1.2石墨烯概述 3
1.3碳原子的研究现状 4
第二章 模型的建立和研究方法 5
2.1模型的建立 5
2.2 电流的计算公式............................................................................................................5
第三章 数值结果和讨论...................................7
3.1碳链线性状态下的透射谱 7
3.2自旋相关的电流随电压的变化....................................................................................8
结 束 语 11
参考文献 12
致 谢 13
1.1石墨烯概述
1.1.1石墨烯的定义
石墨烯是一种新的由碳原子构成的单板结构的材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道构成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，惟有一个碳原子厚度的二维材料[1]。
1.1.2 石墨烯的制备
石墨烯材料在工业上有多种制备方法，常见的有氧化还原法、溶剂剥离法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。下面仅介绍化学气相沉积法、氧化还原法和溶剂剥离法这3种方法[2-4]。
1）化学气相沉积法：所谓化学气相沉积法是指将反应物质在气态条件通过一定条件使其发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，从而制得目标固体材料的技术。一般是利用一种以镍为基片的管状简易沉积炉，通入含碳气体，在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯，通过一定的化学方法，让石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯[5]。
2）氧化还原法：顾名思义，氧化还原法就是通常所说的化学中的氧化还原方法，具体来说，石墨烯的制备是指将石墨与强酸或者强氧化性物质经过化学反应生成氧化性质的石墨，再经由超声分散制成氧化石墨烯，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，得到石墨烯[6-7]，氧化还原法制备很是便宜且容易成功，是制备石墨烯的最好办法，并且这样可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了人们公认的石墨烯无法分散的问题，但这样也有很大的弊端，例如可实现大量制备石墨烯也容易带来废液污染[8]，另外这种制备方法制备的石墨烯存在一定的缺陷，可能会导致石墨烯部分电子性能的产生缺陷，使石墨烯的实际应用跟理论不符合。
3）溶剂剥离法：溶剂剥离法的原理是将少量的石墨分散于溶剂中，形成低浓度的石墨液体，利用超声波磨损石墨层间的范德华力，此时溶剂就可以插入石墨层间，进行层层剥离，制备出石墨烯。这种方式不会像氧化还原法破坏单层石墨烯的内部结构，可以制备质量更高的石墨烯。
1.1.3石墨烯的性质
因为热力学涨落的理论是不会让任何二维晶体在有限温度下存在的[8]，所以，石墨烯的发现快速地让凝聚态物理界感到震惊。即使理论认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯还是在实验中被制出。有人认为这些可能是由于石墨烯存在着微观皱纹[9]，当然这也只是可能的原因而已，事实是因为什么原因而导致石墨烯的存在，到目前为止并没有一个令人信服的解答，石墨烯有很多奇妙的性质。下面分别石墨烯的一些主要性质。
1）电子传输。常温下，石墨烯具有令人惊奇的高电子迁移率，它的电阻率极小，一般我们认为银是电阻率最低的物质。而实际上石墨烯比银的电阻率还要稍小，所以，石墨烯是很优良的导体[10]。如果深入研究石墨烯，他可能会成为任何一个量子计算机所需的子元素的合适的材料。
2）光学性质。独特的电子性能的石墨烯是造成高不透明度的主要原因。而令人惊奇的是，这不透明度竟然只跟动力学中精细结构常数有关[11]，因为精细结构常数一般只出现于量子电动力学，而在材料科学领域找到它却是很不常见的，所以这种性质很是让人惊叹。
3）机械性能。从石墨烯备发现以来，石墨烯就被认为这个世界上硬度度最高的物质。经过大量研究，它的强度甚至比钢铁还要高上很多倍。强度之高，可见一般。但是近年人们发现石墨烯的强度虽然极高，但它的韧性却可能并不是那么的理想，石墨烯一旦出现裂缝，那它的抗压能力会大大降低，这种程度的降低将会大大地出乎人们的意料。
1.1.4石墨烯的应用
石墨烯的性质导致了其应用范围很广。根据其优良的电子迁移率，使它在微电子领域具有巨大的应用价值[12]。甚至石墨烯有可能会成为常用半导体材料硅的替代品，制造性能更好更微型晶体管 查看完整请+Q:351916072获取
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