氧化石墨烯纳米带电子自旋极化输运性质的第一原理研究

氧化石墨烯纳米带在单电子自旋输运，原子/基团的探测，以及新一代自旋电子开关等方面均具有潜在的应用前景。研究氧化石墨烯纳米带的输运性质，以及电子、自旋相关特性是设计和优化纳米电子学、自旋电子器件的关键。含氧基团对石墨烯的几何结构、电子结构，进而对输运性质有重要的影响，关于氧化石墨烯纳米带自旋极化输运性质的研究，目前尚无系统的报道。本课题拟采用非平衡格林函数法结合第一原理密度泛函理论，以锯齿型石墨烯纳米带为对象，揭示边缘饱和及表面吸附氧原子或含氧基团对其电子自旋极化输运性质产生影响的微观机理；获取氧化石墨烯纳米带的能带结构、电子迁移率、电子自旋输运电流以及电子透射系数，进而得到其自旋极化输运性质的变化规律，为实验上设计和制备纳米器件提供理论依据和指导。本项目研究旨在分子尺度上，阐明氧化石墨烯纳米带电子自旋输运性质机理，在理论和应用方面都具有重要意义。

本课题采用非平衡格林函数法结合第一原理密度泛函理论，在研究氢饱和石墨烯纳米带电子结构和自旋电子输运性质基础上，分别以锯齿型石墨烯纳米带和石墨烯为对象，揭示边缘饱和及表面吸附氧原子和含氧基团对其电子结构和电子自旋极化输运性质产生影响的微观机理；通过对边缘饱和石墨烯纳米带的能带结构、电子自旋输运电流以及电子透射系数等结果的分析发现，边缘被氧原子和亚胺基饱和的纳米带体系出现了负微分电阻效应，理论上得到了各种基团实现负微分电阻效应等电学性质所需要的偏压，为实现石墨烯基自旋阀和分子探测器的可重复性提供理论依据。对石墨烯表面吸附羟基和羧基的研究表明，同类的两个基团同时吸附在一个六元环时，间位吸附使石墨烯体系具有磁性，为可控合成磁性含氧基团的石墨烯材料提供理论基础。