25145

اسپينترونيك در ابرشبكه‌هاي مبتني بر نانونوارهاي فسفرن

دكترا

فيزيك حالت جامد

93

1399/12/23

دكتر ادريس فيض آبادي

فيزيك

در سال‌هاي پسين بررسي ويژگي‌هاي ترابردي، سازوكار تونل‌هاي مبتني بر ساختارهاي دوبعدي نظير گرافن، تحت بررسي ويژه‌اي قرار گرفته‌اند. اما گاف صفر گرافن، كاربرد اين ماده را در مدارهاي نانوالكترونيكي محدود كرده است. در حالي‌كه فسفرن به عنوان يك نيم‌رسانا با تحرك زياد حامل‌ها، گاف نواري قابل تنظيم و ويژگي ناهمسانگردي زياد مي‌تواند يك گزينه مناسب براي استفاده در تكنولوژي نيم‌رسانا باشد. در اين رساله دكتري، ويژگي‌هاي الكترونيكي و اسپينترونيكي در ابرشبكه‌هاي مبتني بر نانونوارهاي فسفرن بررسي شده است. با توجه به اين‌كه استفاده از اسپين الكترون به جاي بار الكترون براي پردازش و ذخيره‌سازي اطلاعات، نيازمند توليد جريان قطبيده اسپيني خالص با اسپين بالا يا پايين است بنابراين با استفاده از ماتريس انتقال، ضريب عبور در حضور و عدم حضور اثر راشبا، ميدان تبادلي و ولتاژ گرايش براي تك سد مستطيلي وابرشبكه مستطيلي به‌دست آمده است. نتايج نشان داده‌اند كه به دليل نداشتن پارادكس كلاين در سيستم‌هاي فسفرني مي‌توان به قطبش صددر صد اسپيني دست يافت. علاوه براين نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهند كه با كنترل روي قدرت راشبا و ولتاژ گرايش، نانونوار فسفرن مي‌تواند به عنوان فيلتر اسپيني براي جريان ورودي عمل كند. هم‌چنين نتايج نشان مي‌دهد كه سيستم مي‌تواند به عنوان وارون‌گر اسپيني نيز عمل كند. نتايج نشان دادند كه با افزايش تعداد سدها به بيست سد، احتمال عبور كامل براي زوايه فرودي صفر مشاهده مي‌شود. هم‌چنين نشان داده شد كه با افزايش تعداد سدها، احتمال عبور كامل در انرژي‌هاي فرودي كم‌تر رخ مي‌دهد. علاوه براين مشاهده شد كه با افزايش تعداد سدها مي‌توان احتمال عبور كامل را در عرض سدهاي كوچك‌تر مشاهده نمود. علاوه براين نتايج نشان دادند كه احتمال عبور و قطبش اسپيني در حضور ميدان تبادلي كه با قرار دادن يك عايق فرومغناطيسي روي لايه فسفرن در ناحيه سد به‌وجود آمده است، با تنظيم عرض مانع مي‌تواند به يك برسد. هم‌چنين با افزايش تعداد سدها، احتمال عبور كامل در حضور ميدان تبادلي براي زاويه فرودي صفر رخ مي‌دهد درحالي‌كه احتمال عبور براي اين زاويه در تك سد كوچك گزارش شده است. هم‌چنين نتايج در حضور ميدان تبادلي نشان دادند كه احتمال عبور كامل و قطبش صد در صدي براي تعداد بيشتري از انرژي‌هاي فرودي رخ داده است. علاوه براين مشاهده شد كه احتمال عبور كامل در حضور ميدان تبادلي با افزايش تعداد سدها در انرژي‌هاي فرودي كم‌تر رخ داده است. نتايج نشان دادند كه درحضور ميدان تبادل بهترين نتايج در بيست سد رخ داده است. نتايج نشان دادند كه تعداد موانع در ساختار ابرشبكه نقش مهمي در قطبش اسپيني خروجي در حضور اثر راشبا بازي مي‌كند كه مي‌تواند در طراحي دستگاه‌هاي اسپينترونيك بهينه شده مورد استفاده قرار گيرد. علاوه براين با كنترل قدرت راشبا مي‌توان يك الكترون فرودي با اسپين بالا را به يك الكترون خروجي با اسپين پايين تبديل كرد. هم‌چنين كنترل قدرت راشبا اين امكان را فراهم مي‌كند كه پرتو الكترونيكي فرودي با قطبش اسپيني صفر به قطبش اسپيني دلخواه تبديل شود كه نقش به سزايي در مدارهاي كيوبيت دارد. هم‌چنين نتايج نشان دادند كه درحضور اثر راشبا بهترين نتايج در پنج سد رخ مي‌دهد.

1400/06/08

Spintronics in superlattice based on phosphorene nanoribbons

3/14/2022 12:00:00 AM

In recent years, investigation of transport properties, and tunneling procedures through potential barriers based on two-dimensional materials such as graphene have been widely concerned. However, the limitation of the zero band gap of graphene has restricted using them in nano-electronic circuits. Phosphorene as a semiconductor with high carrier mobility, tunable bandgap, and anisotropic properties could be a more proper candidate for use in semiconductors. In this thesis, the electronic and spintronic properties of phosphorene nanoribbons have been investigated based on the transfer matrix method theoretically. Since the generation of a spin-polarized current is a fundamental prerequisite for the construction of spintronic devices, therefore, the transmission probability in the presence and absence of the Rashba effect, the exchange field, and the bias voltage by using the transfer matrix, has been obtained for a single rectangular barrier and a rectangular superlattice. The results show that 100% spin polarization can be achieved due to the absence of the Klein paradox in phosphorus systems. In addition, the results show that by controlling the Rashba strength and bias voltage, the phosphorene nanoribbon can act as a spin filter for the input current. The results showed that with increasing the number of barriers to twenty, the complete transmission probability occurs in the zero incoming angles. It was also shown that with increasing the number of barriers, the complete transmission probability occurs at lower landing energies. In addition, it was observed that by increasing the number of barriers, the complete transmission probability can be observed in the width of smaller barriers. In addition, the results showed that the transmission probability and spin polarization can be increased by adjusting the width of the barrier in the presence of an exchange field created by placing a ferromagnetic insulator on the phosphorene layer in the barrier area. Also, by increasing the number of barriers, the full transmission probability occurs in the presence of the exchange field for the zero landing angle, while the transmission probability for this angle is reported to be low in a single barrier. Also, the results in the presence of the exchange field showed that the full transmission probability and 100% spin polarization occurred for a larger number of incident energies. In addition, it was observed that the full transmission probability in the presence of the exchange field has happened at the smaller incident energies by increasing the number of barriers. The results showed that in the presence of the exchange field, the best results occurred in twenty barriers. The results show that the number of barriers in the superlattice structure plays a dominant role in output spin polarization in the presence of the Rashba effect, which can be used in designing optimized spintronic devices. In addition, by controlling the Rashba strength, an incident spin-up electron can be transmitted as a spin-down electron. Also, controlling the Rashba strength enables the conversion of the unpolarized incident electronic beam (with zero spin polarization) into an arbitrary output spin polarization, which plays a significant role in qubit circuits. Further, the results showed that in the presence of the Rashba effect, the best results occur in five barriers.

ابرشبكه تك لايه فسفرني , نانونوار , فرومغناطيس , اثر راشبا , اسپينترونيك

Phosphorene monolayer superlattice , Nanoribbon , Ferromagnetic , Rashba spin-orbit interaction , Spintronic