铝或磷原子掺杂对硅烯纳米条带自旋热电效应的影响
铝或磷原子掺杂对硅烯纳米条带自旋热电效应的影响 [20191211105109]
摘 要
利用基于密度泛函理论(DFT)和非平衡态格林函数(NGF)的Ab-initio数值计算方法，我们从理论上研究了铝或磷原子掺杂对锯齿型硅烯纳米带（ZSiNRs）输运特性和自旋热电效应的影响。通过计算ZSiNRs的透射函数，我们确定了热电系数线性响应机制，如自旋Seebeck系数和电子对热电系数的贡献。计算结果表明铝或磷原子掺杂会使ZSiNRs的透射谱得到明显地修改,因而影响了其热电系数变化。更具体地说,自旋相关热电系数和自旋（电荷）热电系数的数值在掺杂后显著增强。这种增强还取决于掺杂位置。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:硅烯纳米带掺杂位置透射函数自旋Seebeck系数
目 录
第一章 引 言 3
1.1 热电效应及自旋热电效应概述 3
1.1.1 热电效应 2
1.1.2 自旋热电效应 3
1.2 硅烯的制备与性质 4
1.2.1硅烯的制备 4
1.2.2硅烯的性质 4
1.3.硅烯纳米带的性质与应用 5
1.3.1硅烯带功能化与掺杂 5
1.3.2硅烯带的应用 6
第二章 模型的建立和研究方法 7
2.1模型建立 7
2.2 理论方法 8
第三章 结果和讨论 9
3.1完整ZSiNRs的透射谱和自旋热电系数 9
3.2不同掺杂位置对ZSiNRs的自旋热电效应的影响 11
3.2.1不同位置掺杂的ZSiNRs透射谱 11
3.2.2.不同位置掺杂的ZSiNRs自旋热电效应 15
结 束 语 20
参考文献 21
致 谢 22
第一章 引 言
当今社会，能源已经是全球性重大的问题，怎样解决能源短缺及浪费问题迫在眉睫。目前节能减排已经和开发新能源一样，是全球能源可持续发展的重要方式。但是在日常生活生产及工业制造中，一半及其以上的能源以热能的形式浪费了。因此：废热和余热的回收就变了公众的焦点。科学家已经找出把热能转化为电能的热电材料，这样能大幅度的提高能量转化效率，然而，目前热电材料的热电转化率并不十分的理想。因此，新型热电材料的研发成为了制约热电转化技术的关键。
1.1 热电效应及自旋热电效应概述
研究发现，在电磁场、温度梯度等外加作用下，载流子在材料中运动所表现出来的输运性质主要包括电阻、热导、霍尔效应、能斯特效应、热电效应、自旋塞贝克效应等。热电设备具有很多优良的性能，如质量轻、体积小、无振动、低噪声、无泄漏、无污染等。因此，热电材料作为一种重要的功能材料得到广泛的研究和应用。目前，它的应用领域主要是在热电冰箱、高性能接收器、传感器、红外探测器、超导电子仪、遥控导航、太空船、人造卫星以及无人监测设备等器件中。对于热电效应的研究也是节能环保问题主要研究方向，下面简要介绍热电效应及其输运理论。
1.1.1 热电效应
将热能转换为电能的现象称为热电效应，其中最重要的是温差电现象[1]。1823年Seebeck首次发现材料的温差电现象，这个与温度梯度有关的现象研究发展已经有一个半世纪的历史。由于金属材料的温差电动势很小，只被用作测量温度的温差电偶。半导体材料出现以后，由于可以得到比金属材料大得多的温差电动势。所以，半导体材料具有较高的热电能转换效率。热电学中热点转换的基本效应包括：Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。Seebeck系数、Peltier系数和Thomson系数是温差电器件性能参数，也是衡量热电器件热点转换能力的参照标准。下面我们就Seebeck效应做简单介绍：
由a和b两个导体接头和B处的温差?T产生电动势 的现象称为塞贝克效应(Seebeck effect)。(图1)。塞贝克系数S（Seebeck coefficient)的表达式可以根据定义写成
（1）
当温差 很小时，有
（2）
其中Seebeck系数（又叫热电势）S的单位是 （或 ）通常，塞贝克效应用于温差发电。由于半导体材料的塞贝克系数较大 ，约 100 以上 ， 而 一 般 金 属 材 料 的 塞 贝 克 系 数 值 约 为 ，因此，对于金属材料来说，半导体材料的热电性能更好，更具有热电应用价值。半导体材料中的载流子有电子和空穴两种，载流子不同导致塞贝克系数有正负之分，所以热电材料分为P型热电材料和N型热电材料两种。金属材料内部主要是电子的运动，所以塞贝克系数符号为负。塞贝克效应主要用于热电发电机，优点是体积小、无运动部件等，缺点是造价高、工作效率较低等。空间探测器中使用的放射性同位素热电发电器和汽车的热电发电机等都是利用塞贝克效应原理制备的。
图1.温差电效应示 图2. 单层硅烯结构示意图(上为俯视图，下为侧视图)
1.1.2 自旋热电效应
2008 年，Uchida[2]在Nature杂志上发表了日本研究小组得出的一个实验结果，即在与Pt线相连接的磁化金属 两端施加温度梯度产生自旋流的现象，被小组人员称为“自旋塞贝克效应”又被称作“热自旋效应”。实验发现，自旋塞贝克效应作用下的电子会按照自旋重新进行排列，与普通电子不同，这种自旋的重新排列不会在器件两端产生废热。自旋极化设备器件可以高速运行，而不会因为产生大量的热使器件温度不断升高而终止工作，同时，在运行过程中大大的降低了热损耗。传统的电子器件以电荷为载体，设备在运行过程中会释放大量的废热，大量的经费被用来处理余热、废热问题，很不经济，所以，这一实验结果的发现对研发高效、小型、节能的微型芯片以及自旋电子设备具有深远的意义。这项研究结果也为热电自旋电流发生器和磁性制冷设备的研制提供了令人振奋的新契机。
Uchida和Jaworski分别带领两个不同的实验小组利用不同的实验材料，相似的实验装置对自旋塞贝克效应进行了研究。研究结果表明，自旋塞贝克效应在概念上区别于标准的电荷塞贝克效应，之后的关于磁绝缘体和半导体的其他实验研究也说明了这一点。这一概念的提出对自旋极化理论和实验研究也提出了新的挑战。
1.2 硅烯的制备与性质
随着科技的发展，力学的研究对象从宏观上的实际固体结构发展了出很多分支学科。但是自二十世纪五十年代以来，人们越来越关注细微观结构的力学材料特性。近些年发现的石墨烯，具有特别优越的力学、热学和电学性能。自石墨烯(GNRs)材料发现以来，人们对其他的二维蜂窝型结构材料也有了越来越浓烈的兴趣。硅烯材料就是这样一种结构——二维六角晶格的硅(Si)原子。
1.2.1硅烯的制备
作为一种单层蜂窝结构的硅,硅烯首次得到理论计算的证实[3]。最近，通过借助扫描隧道显微镜和扫描隧道谱对Ag(111)做扫描实验[4]，证实了其上存在这种结构的硅。在制备硅烯的时，实验室里面采用硅在Ag单晶表面上的生长方法，利用分子束外延(MBE)系统进行全面系统的分析研究。最终发现，随着温度和硅覆盖度的增大，硅在Ag表面形成多种有序相。并且在合适的温度和覆盖率下，在Ag表面能形成单层甚至是多原子层的硅烯薄膜结构。使用采用第一性原理分子动力学计算,Morishita等人证实,Ag(111)表面上的这种单层蜂巢状硅烯也是稳定的,并进一步证明了多边形硅烯可能形成于Al(111)表层[5]。类似于石墨烯带，硅烯带有一个边缘。有两种类型的边缘,即锯齿状硅烯带和扶手椅形硅烯带。图2是单层锯齿型硅烯带的结构示意图(图2为俯视图，下图为侧视图)。
1.2.2硅烯的性质
能带结构计算表明，硅烯还是一种半金属材料，它在Brilouine区K点附近具有零能隙和线性电子光谱[6]。类似于石墨烯，其电子能带结构有一个线性色散关系，在K点（狄拉克点）附近的电子行为和无质量费米子相似。硅烯中的Si-Si键是通过sp3掺杂控制的,而石墨烯中的C-C键则是由sp2杂化控制[7]。因此,稳定硅烯结构是翘曲的,是单原子层的硅薄膜。不同于石墨烯的平面结构，它的两个三角形子格在反方向上有稍微偏离。
硅烯的理论研究已经揭示了它很多奇特的特性，比如自旋轨道相互作用所导致的自旋霍尔效应[8]、电动可调能隙[9]。后者效应是由于其翘曲的原子结构。由于翘曲结构的存在，硅原子的自旋轨道耦合会使得硅烯的dirac点处打开一个 的能隙，这比石墨烯中由于自旋轨道耦合而打开的能隙( )要大得多。最初量子自旋霍尔效应的描述是以石墨烯为模型，但由于其自旋轨道耦合强度太小，无法在实验上实现。硅烯和石墨烯有着同样的结构，同样的狄拉克电子系统，也有着相同的非平庸拓扑不变量。而较大的自旋轨道耦合强度，无疑使得硅烯可能在液氦温度下就能实现量子自旋霍尔效应。因此，硅烯是全新的二维拓扑绝缘体，其扶手性的边缘态允许极化的自旋流通过。
1.3.硅烯纳米带的性质与应用
在费米能级和零带隙结构状态下硅烯存在一个半金属低能态。自旋轨道耦合可在dirac点打开一个能隙,但其值是相当小的,只有 。然而从应用角度来看,我们需要一个相对大的能隙。硅烯纳米带模型就给我们提供了一个可行的方法。近期研究已经证实了研究人员发现在硅基材料中也带有dirac型电子结构的材料，即硅烯纳米结构[10]。它也具有几乎和石墨烯纳米结构相同的布里渊区。并在实验中除了能制备出二维晶格的硅烯，最近几年硅烯纳米带也已制得。
1.3.1硅烯带功能化与掺杂
研究发现，硅烯带表面活性很大，能够很容易使其功能化[11]。而这种功能化能大大的改变硅烯的基本特性。从结构上来看，不同类型原子吸附或替换的硅烯材料的电磁和振动性质在最近几年得到了普遍地研究[12]。相应的结构表明:低屈曲度的晶格在一个很广的掺杂范围内结构稳定。此外，在硅烯声子光谱范围内吸附和替换原子会引起特有的模式。吸附原子和硅烯间大的电荷转移也会出现[13]。
特别地，由功能化和掺杂引起的输运特性的修改情况令人关注。研究已经表明，碱金属原子吸附能够是硅烯转变为一个窄隙半导体。另一方面，通过掺杂过渡金属原子，硅烯材料可以呈现出半导体或着金属行为。此外，当通过加氢功能化后，硅烯中的能带隙得到转变。通过部分加氢（也就是只一边进行氢化作用），能够引起铁磁性排序。然后，系统会呈现半导体特性，其直接能隙可达到 。值得注意的是,对硅铝合金层及其扶手椅型纳米带，我们还可以预测出其经空穴流动的磁性。
通过外部施压也可以改变硅烯电子结构。例如,就理论预测而言，施加拉伸（或压缩）应变可以移动处在低于（或高于）费米面的硅烯材料上的dirac点,这样其行为就如已掺杂的n型(p型)[14]。此外,足够强大的应变可以降低硅烯带的导热系数。
除了二维硅烯晶体,扶手椅(aSiNRs)或锯齿形(ZSiNRs)纳米带在硅基电子和自旋电子学设备研究也广受关注。类似于石墨烯带，ZSiNRs呈现出边缘磁排序。对纯ZSiNRs的Ab-initio计算表明,反铁磁(AFM)态,即纳米带两个边缘磁矩是反平行的,对应于最低的能量。铁磁(FM)态,即两个边缘磁矩是平行的,对应于略高的能量,且在外场如磁场下可以稳定存在。铁磁态的ZSiNRs有着金属传输特性,在AFM态却出现一个宽能隙并表现出半导体行为。最近，科研人员利用第一原理方法对SiNRs电子、力学和磁性属性进行了研究。尤其是，ZSiRs电子输运特性研究表明：从FM态向AFM态转变时会出现巨磁阻效应。研究还预测了,处在平面电场的氢吸附ZSiNRs表现出类半金属铁磁物质行为且自旋极化高达99%。若局域变化场只影响ZSINRs一个边缘领域,其一个自旋通道就会出现能隙,而第二个自旋通道仍是无间隙的。这种100%自旋极化的自旋无间隙半导体行为还可预测在边缘位置掺杂B或N原子的ZSiNRs自旋电子输运特性。另一方面,对于B / N原子边缘替换 的aSiNRs,其处在近费米面的半填满杂质能带半导体-金属转变行为得到预测。最近,在外加电场下由Rashba自旋轨道耦合引起ZSiNRs内部与边缘态相互作用得到研究。结果表明,反速态会出现一个自旋相关次能隙，对自旋极化输运性质有显著影响。
1.3.2硅烯带的应用
纳米带可能存在着热电能量转换的情况,这对纳米带应用是很重要的。因此近年来纳米系统的热电性能研究广受关注。利用基于密度泛函理论（DFT）和非平衡格林函数（NGF）的ab-initio计算方法，科研人员对aSiNRs和ZSINRs的热电性能做了许多研究。结果表明,因存在能隙，低能AFM态的纯ZSiNRs热电能得到大大提高。此外,该热电能的大小在很大程度上依赖于磁矩并且在AFM-FM态转变时可以观察到一个相当大的磁热能 [15]。在铁磁系统中,自旋效应和热电性能间相互作用会引发一个热电现象相关的新自旋。这一与热电效应相关的自旋有自旋热能(自旋Seebeck效果)，它是传统热能的自旋模拟。同时研究还预测了铁磁排序完整ZSiNRs有一个相当大的自旋热能。
摘 要
利用基于密度泛函理论(DFT)和非平衡态格林函数(NGF)的Ab-initio数值计算方法，我们从理论上研究了铝或磷原子掺杂对锯齿型硅烯纳米带（ZSiNRs）输运特性和自旋热电效应的影响。通过计算ZSiNRs的透射函数，我们确定了热电系数线性响应机制，如自旋Seebeck系数和电子对热电系数的贡献。计算结果表明铝或磷原子掺杂会使ZSiNRs的透射谱得到明显地修改,因而影响了其热电系数变化。更具体地说,自旋相关热电系数和自旋（电荷）热电系数的数值在掺杂后显著增强。这种增强还取决于掺杂位置。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:硅烯纳米带掺杂位置透射函数自旋Seebeck系数
目 录
第一章 引 言 3
1.1 热电效应及自旋热电效应概述 3
1.1.1 热电效应 2
1.1.2 自旋热电效应 3
1.2 硅烯的制备与性质 4
1.2.1硅烯的制备 4
1.2.2硅烯的性质 4
1.3.硅烯纳米带的性质与应用 5
1.3.1硅烯带功能化与掺杂 5
1.3.2硅烯带的应用 6
第二章 模型的建立和研究方法 7
2.1模型建立 7
2.2 理论方法 8
第三章 结果和讨论 9
3.1完整ZSiNRs的透射谱和自旋热电系数 9
3.2不同掺杂位置对ZSiNRs的自旋热电效应的影响 11
3.2.1不同位置掺杂的ZSiNRs透射谱 11
3.2.2.不同位置掺杂的ZSiNRs自旋热电效应 15
结 束 语 20
参考文献 21
致 谢 22
第一章 引 言
当今社会，能源已经是全球性重大的问题，怎样解决能源短缺及浪费问题迫在眉睫。目前节能减排已经和开发新能源一样，是全球能源可持续发展的重要方式。但是在日常生活生产及工业制造中，一半及其以上的能源以热能的形式浪费了。因此：废热和余热的回收就变了公众的焦点。科学家已经找出把热能转化为电能的热电材料，这样能大幅度的提高能量转化效率，然而，目前热电材料的热电转化率并不十分的理想。因此，新型热电材料的研发成为了制约热电转化技术的关键。
1.1 热电效应及自旋热电效应概述
研究发现，在电磁场、温度梯度等外加作用下，载流子在材料中运动所表现出来的输运性质主要包括电阻、热导、霍尔效应、能斯特效应、热电效应、自旋塞贝克效应等。热电设备具有很多优良的性能，如质量轻、体积小、无振动、低噪声、无泄漏、无污染等。因此，热电材料作为一种重要的功能材料得到广泛的研究和应用。目前，它的应用领域主要是在热电冰箱、高性能接收器、传感器、红外探测器、超导电子仪、遥控导航、太空船、人造卫星以及无人监测设备等器件中。对于热电效应的研究也是节能环保问题主要研究方向，下面简要介绍热电效应及其输运理论。
1.1.1 热电效应
将热能转换为电能的现象称为热电效应，其中最重要的是温差电现象[1]。1823年Seebeck首次发现材料的温差电现象，这个与温度梯度有关的现象研究发展已经有一个半世纪的历史。由于金属材料的温差电动势很小，只被用作测量温度的温差电偶。半导体材料出现以后，由于可以得到比金属材料大得多的温差电动势。所以，半导体材料具有较高的热电能转换效率。热电学中热点转换的基本效应包括：Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。Seebeck系数、Peltier系数和Thomson系数是温差电器件性能参数，也是衡量热电器件热点转换能力的参照标准。下面我们就Seebeck效应做简单介绍：
由a和b两个导体接头和B处的温差?T产生电动势 的现象称为塞贝克效应(Seebeck effect)。(图1)。塞贝克系数S（Seebeck coefficient)的表达式可以根据定义写成
（1）
当温差 很小时，有
（2）
其中Seebeck系数（又叫热电势）S的单位是 （或 ）通常，塞贝克效应用于温差发电。由于半导体材料的塞贝克系数较大 ，约 100 以上 ， 而 一 般 金 属 材 料 的 塞 贝 克 系 数 值 约 为 ，因此，对于金属材料来说，半导体材料的热电性能更好，更具有热电应用价值。半导体材料中的载流子有电子和空穴两种，载流子不同导致塞贝克系数有正负之分，所以热电材料分为P型热电材料和N型热电材料两种。金属材料内部主要是电子的运动，所以塞贝克系数符号为负。塞贝克效应主要用于热电发电机，优点是体积小、无运动部件等，缺点是造价高、工作效率较低等。空间探测器中使用的放射性同位素热电发电器和汽车的热电发电机等都是利用塞贝克效应原理制备的。
图1.温差电效应示 图2. 单层硅烯结构示意图(上为俯视图，下为侧视图)
1.1.2 自旋热电效应
2008 年，Uchida[2]在Nature杂志上发表了日本研究小组得出的一个实验结果，即在与Pt线相连接的磁化金属 两端施加温度梯度产生自旋流的现象，被小组人员称为“自旋塞贝克效应”又被称作“热自旋效应”。实验发现，自旋塞贝克效应作用下的电子会按照自旋重新进行排列，与普通电子不同，这种自旋的重新排列不会在器件两端产生废热。自旋极化设备器件可以高速运行，而不会因为产生大量的热使器件温度不断升高而终止工作，同时，在运行过程中大大的降低了热损耗。传统的电子器件以电荷为载体，设备在运行过程中会释放大量的废热，大量的经费被用来处理余热、废热问题，很不经济，所以，这一实验结果的发现对研发高效、小型、节能的微型芯片以及自旋电子设备具有深远的意义。这项研究结果也为热电自旋电流发生器和磁性制冷设备的研制提供了令人振奋的新契机。
Uchida和Jaworski分别带领两个不同的实验小组利用不同的实验材料，相似的实验装置对自旋塞贝克效应进行了研究。研究结果表明，自旋塞贝克效应在概念上区别于标准的电荷塞贝克效应，之后的关于磁绝缘体和半导体的其他实验研究也说明了这一点。这一概念的提出对自旋极化理论和实验研究也提出了新的挑战。
1.2 硅烯的制备与性质
随着科技的发展，力学的研究对象从宏观上的实际固体结构发展了出很多分支学科。但是自二十世纪五十年代以来，人们越来越关注细微观结构的力学材料特性。近些年发现的石墨烯，具有特别优越的力学、热学和电学性能。自石墨烯(GNRs)材料发现以来，人们对其他的二维蜂窝型结构材料也有了越来越浓烈的兴趣。硅烯材料就是这样一种结构——二维六角晶格的硅(Si)原子。
1.2.1硅烯的制备
作为一种单层蜂窝结构的硅,硅烯首次得到理论计算的证实[3]。最近，通过借助扫描隧道显微镜和扫描隧道谱对Ag(111)做扫描实验[4]，证实了其上存在这种结构的硅。在制备硅烯的时，实验室里面采用硅在Ag单晶表面上的生长方法，利用分子束外延(MBE)系统进行全面系统的分析研究。最终发现，随着温度和硅覆盖度的增大，硅在Ag表面形成多种有序相。并且在合适的温度和覆盖率下，在Ag表面能形成单层甚至是多原子层的硅烯薄膜结构。使用采用第一性原理分子动力学计算,Morishita等人证实,Ag(111)表面上的这种单层蜂巢状硅烯也是稳定的,并进一步证明了多边形硅烯可能形成于Al(111)表层[5]。类似于石墨烯带，硅烯带有一个边缘。有两种类型的边缘,即锯齿状硅烯带和扶手椅形硅烯带。图2是单层锯齿型硅烯带的结构示意图(图2为俯视图，下图为侧视图)。
1.2.2硅烯的性质
能带结构计算表明，硅烯还是一种半金属材料，它在Brilouine区K点附近具有零能隙和线性电子光谱[6]。类似于石墨烯，其电子能带结构有一个线性色散关系，在K点（狄拉克点）附近的电子行为和无质量费米子相似。硅烯中的Si-Si键是通过sp3掺杂控制的,而石墨烯中的C-C键则是由sp2杂化控制[7]。因此,稳定硅烯结构是翘曲的,是单原子层的硅薄膜。不同于石墨烯的平面结构，它的两个三角形子格在反方向上有稍微偏离。
硅烯的理论研究已经揭示了它很多奇特的特性，比如自旋轨道相互作用所导致的自旋霍尔效应[8]、电动可调能隙[9]。后者效应是由于其翘曲的原子结构。由于翘曲结构的存在，硅原子的自旋轨道耦合会使得硅烯的dirac点处打开一个 的能隙，这比石墨烯中由于自旋轨道耦合而打开的能隙( )要大得多。最初量子自旋霍尔效应的描述是以石墨烯为模型，但由于其自旋轨道耦合强度太小，无法在实验上实现。硅烯和石墨烯有着同样的结构，同样的狄拉克电子系统，也有着相同的非平庸拓扑不变量。而较大的自旋轨道耦合强度，无疑使得硅烯可能在液氦温度下就能实现量子自旋霍尔效应。因此，硅烯是全新的二维拓扑绝缘体，其扶手性的边缘态允许极化的自旋流通过。
1.3.硅烯纳米带的性质与应用
在费米能级和零带隙结构状态下硅烯存在一个半金属低能态。自旋轨道耦合可在dirac点打开一个能隙,但其值是相当小的,只有 。然而从应用角度来看,我们需要一个相对大的能隙。硅烯纳米带模型就给我们提供了一个可行的方法。近期研究已经证实了研究人员发现在硅基材料中也带有dirac型电子结构的材料，即硅烯纳米结构[10]。它也具有几乎和石墨烯纳米结构相同的布里渊区。并在实验中除了能制备出二维晶格的硅烯，最近几年硅烯纳米带也已制得。
1.3.1硅烯带功能化与掺杂
研究发现，硅烯带表面活性很大，能够很容易使其功能化[11]。而这种功能化能大大的改变硅烯的基本特性。从结构上来看，不同类型原子吸附或替换的硅烯材料的电磁和振动性质在最近几年得到了普遍地研究[12]。相应的结构表明:低屈曲度的晶格在一个很广的掺杂范围内结构稳定。此外，在硅烯声子光谱范围内吸附和替换原子会引起特有的模式。吸附原子和硅烯间大的电荷转移也会出现[13]。
特别地，由功能化和掺杂引起的输运特性的修改情况令人关注。研究已经表明，碱金属原子吸附能够是硅烯转变为一个窄隙半导体。另一方面，通过掺杂过渡金属原子，硅烯材料可以呈现出半导体或着金属行为。此外，当通过加氢功能化后，硅烯中的能带隙得到转变。通过部分加氢（也就是只一边进行氢化作用），能够引起铁磁性排序。然后，系统会呈现半导体特性，其直接能隙可达到 。值得注意的是,对硅铝合金层及其扶手椅型纳米带，我们还可以预测出其经空穴流动的磁性。
通过外部施压也可以改变硅烯电子结构。例如,就理论预测而言，施加拉伸（或压缩）应变可以移动处在低于（或高于）费米面的硅烯材料上的dirac点,这样其行为就如已掺杂的n型(p型)[14]。此外,足够强大的应变可以降低硅烯带的导热系数。
除了二维硅烯晶体,扶手椅(aSiNRs)或锯齿形(ZSiNRs)纳米带在硅基电子和自旋电子学设备研究也广受关注。类似于石墨烯带，ZSiNRs呈现出边缘磁排序。对纯ZSiNRs的Ab-initio计算表明,反铁磁(AFM)态,即纳米带两个边缘磁矩是反平行的,对应于最低的能量。铁磁(FM)态,即两个边缘磁矩是平行的,对应于略高的能量,且在外场如磁场下可以稳定存在。铁磁态的ZSiNRs有着金属传输特性,在AFM态却出现一个宽能隙并表现出半导体行为。最近，科研人员利用第一原理方法对SiNRs电子、力学和磁性属性进行了研究。尤其是，ZSiRs电子输运特性研究表明：从FM态向AFM态转变时会出现巨磁阻效应。研究还预测了,处在平面电场的氢吸附ZSiNRs表现出类半金属铁磁物质行为且自旋极化高达99%。若局域变化场只影响ZSINRs一个边缘领域,其一个自旋通道就会出现能隙,而第二个自旋通道仍是无间隙的。这种100%自旋极化的自旋无间隙半导体行为还可预测在边缘位置掺杂B或N原子的ZSiNRs自旋电子输运特性。另一方面,对于B / N原子边缘替换 的aSiNRs,其处在近费米面的半填满杂质能带半导体-金属转变行为得到预测。最近,在外加电场下由Rashba自旋轨道耦合引起ZSiNRs内部与边缘态相互作用得到研究。结果表明,反速态会出现一个自旋相关次能隙，对自旋极化输运性质有显著影响。
1.3.2硅烯带的应用
纳米带可能存在着热电能量转换的情况,这对纳米带应用是很重要的。因此近年来纳米系统的热电性能研究广受关注。利用基于密度泛函理论（DFT）和非平衡格林函数（NGF）的ab-initio计算方法，科研人员对aSiNRs和ZSINRs的热电性能做了许多研究。结果表明,因存在能隙，低能AFM态的纯ZSiNRs热电能得到大大提高。此外,该热电能的大小在很大程度上依赖于磁矩并且在AFM-FM态转变时可以观察到一个相当大的磁热能 [15]。在铁磁系统中,自旋效应和热电性能间相互作用会引发一个热电现象相关的新自旋。这一与热电效应相关的自旋有自旋热能(自旋Seebeck效果)，它是传统热能的自旋模拟。同时研究还预测了铁磁排序完整ZSiNRs有一个相当大的自旋热能。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/rwxy/wuli/169.html
