25472

بررسي ترابرد الكتروني و اسپيني در نانوساختارهاي دو بعدي

PhD

فيزيك

1393

1400/04/23

اميرحسين احمدخان كردبچه

فيزيك

در سال هاي اخير، مواد دو بعدي بويژه گرافين توجه بسياري از دانشمندان را در زمينه هاي الكترونيكي و اسپينترونيكي به خود جلب كرده است. در اين پژوهش، خواص الكتروني و ترابرد الكتروني نانونوارهاي فسفرين سياه و ژرمانين تك لايه در چارچوب مدل تنگ بست مبتني بر فرمول بندي لاندائر بوتيكر و روش تابع گرين مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج حاكي از آنند كه خواص رسانش و وجود شبه حالت-ها در سامانه و گذار فاز فلز به نيمه هادي در نانونوارهاي زيگزاگ فسفرين و ژرمانين به شدت به تعداد و محل نقص ها، عرض نانونوار، بي نظمي هاي تهي جاي لبه اي و شكسته شدن تقارن زيرشبكه بستگي دارند. نكته مهم اينكه رسانايي در اطراف انرژي فرمي در نانونوار زيگزاگ فسفرين به دليل اختلال جايگزيدگي اندرسون ناپديد مي شود كه نتيجه مهمي را در مورد احتمال خنثي شدن رسانايي نزديك انرژي فرمي برجسته مي كند و باعث مي شود اين دسته از مواد براي استفاده كردن در ترانزيستور ديجيتالي مورد توجه قرار بگيرند. در ادامه، ويژگي هاي ترابرد وابسته به اسپين نانونوارهاي زيگزاگ فسفرين در حضور ميدان الكتريكي عمود، ميدان تبادلي و اثر اسپين-مدار راشبا بررسي كرده ايم. براي اين منظور، از روش تابع گرين غيرتعادلي براساس مدل تنگ بست استفاده مي شود كه توسط فرمول بندي لاندائر بوتيكر توصيف مي شود. تغيير بزرگي و جهت ميدان الكتريكي عمودي براي پيكربندي موازي و پاد موازي ميدان تبادلي در حضور اثر راشبا مي تواند حالت روشن/خاموش جريان، گاف نواري، قطبش اسپيني، چرخش اسپيني، و فيلتر اسپيني را در سيستم القا و كنترل كند. از نتايج بدست آمده مي توان براي ساخت نانوساختارهاي جديد و همچنين براي به حداكثر رساندن كارايي دستگاه هاي اسپينترونيك مبتني بر نانونوار زيگزاگ فسفرين استفاده كرد. سپس خواص ترابرد اسپيني نانونوارهاي زيگزاگ سيليكون كاربايد آلاييده شده با آلومينيوم را با استفاده از محاسبات ابتدا به ساكن و روش تابع گرين غيرتعادلي بررسي كرده ايم. فيلتر اسپيني تقريباً كامل (100٪) را براي سه مدل فرضي و ساختار آلاييده نشده در حالت فرومغناطيسي و در حضور ولتاژ باياس بدست آورده ايم. تنظيم ولتاژ آستانه، كارايي فيلتر اسپيني، رفتار مقاومت ديفرانسيلي منفي و اثر يكسوسازي را مي توان با جايگزيني Siبا اتم Al در نانونوارهاي زيگزاگ سيليكون كاربايد بدست آورد. اين نتايج ما را به درك جديدي از نانو دستگاههاي مبتني بر سيليكون كاربايد با كاربردهاي جذاب اسپينترونيكي سوق مي دهد.

1400/08/03

Study of the electronic and spin transport in two-dimensional nanostructures

1/1/1900 12:00:00 AM

In recent years, two-dimensional materials like graphene have drawn more interest in the field of electronics and spintronic. In the present thesis, the electronic and transport properties of the monolayer black phosphorus and germanene nanoribbons are studied in the framework of the tight-binding model based upon Landauer Büttiker Formalism using Green's function method. It is found that the electronic and transport properties of zigzag phosphorene and germanene nanoribbons are strongly dependent on the number and location of the defects, the edge vacancy disorders, the ribbon width, and breaking the sublattice symmetry. It should be noted that the disappearance of conductance around Fermi energy in zigzag phosphorene nanoribbons due to Anderson localization disorder highlights an important conclusion for the possibility of quenching of the conductance near the Fermi energy, making this class of materials appealing for applications in digital transistor devices. Next, spin transport features of zigzag phosphorene nanoribbons are investigated in the presence of the perpendicular electric field, the exchange field, and Rashba spin-orbit interaction. To this end, the non-equilibrium Green's function method is used based on the tight-binding model, which can be described by the Landauer-Büttiker formalism. Changing the magnitude and direction of electric field for the parallel and anti-parallel configurations of the exchange field in the presence of Rashba spin-orbit interaction can induce and control the ON/OFF state of the current, the band gap, the spin polarization, spin-flipping, and spin-filtering in the system. The obtained results could be utilized to construct novel nanostructures and also to maximize the efficiency of spintronic devices based on zigzag phosphorene nanoribbons. Then, spin transport properties of Aluminum-doped zigzag silicon carbide nanoribbons are investigated using the first-principle calculations and the nonequilibrium Green’s function method. The results show an approximately perfect spin filtering (100%) for three considered models and undoped structure at ferromagnetic state in the presence of bias voltage. The controllable manipulation of threshold voltage, spin filtering efficiency, Negative differential resistance behavior, and Rectifying ratio effect can be achieved by substituting of silicon with Al atom in ZSiC NRs. These results shed new light on our understanding of silicon carbide-based nanodevices with appealing spintronic applications.

نانونوار فسفرين و سيليكون كاربايد , روش تابع گرين غيرتعادلي , تقريب تنگ بست , نظريه تابعي چگالي , ترابرد الكتروني و اسپيني

Phosphorene and silicon carbide nanoribbons , Non-equilibrium Green’s function method , Tight-binding approximation , Density functional theory , Electronic and spin transport properties