home Tecnologia de manufatura Equipamentos de Fabricação
Manufaturação industrial
Internet das coisas industrial | Materiais industriais | Manutenção e reparo de equipamentos | Programação industrial |
home  MfgRobots >> Manufaturação industrial >  >> Industrial materials >> Nanomateriais

Investigação de cepas nas propriedades de transporte dependentes do spin de nanoribbon γ-Graphyne entre eletrodos de ouro

Resumo


A engenharia de deformação tornou-se um dos métodos eficazes para ajustar as estruturas eletrônicas de materiais, que podem ser introduzidos na junção molecular para induzir alguns efeitos físicos exclusivos. As várias nanofitas de γ-graphyne (γ-GYNRs) embutidas entre eletrodos de ouro (Au) com controle de deformação foram projetadas, envolvendo o cálculo das propriedades de transporte dependentes de spin, empregando a teoria do funcional da densidade. Nossos resultados calculados mostram que a presença de deformação tem um grande efeito nas propriedades de transporte das junções moleculares, o que pode obviamente aumentar o acoplamento entre os eletrodos γ-GYNR e Au. Descobrimos que a corrente que flui através da nanojunção tensionada é maior do que a não tensionada. Além disso, o comprimento e a forma deformada do γ-GYNR servem como fatores importantes que afetam as propriedades de transporte das junções moleculares. Simultaneamente, o fenômeno da divisão do spin ocorre após a introdução da tensão na nanojunção, sugerindo que a engenharia da deformação pode ser um novo meio de regular o spin do elétron. Nosso trabalho pode fornecer uma base teórica para o projeto de dispositivos baseados em grafina de alto desempenho no futuro.

Introdução


Carga e spin são duas propriedades intrínsecas principais do elétron [1,2,3]. A microeletrônica tradicional geralmente se concentra na característica de carga do elétron, independentemente dos estados de spin do elétron. E a introdução do campo elétrico [4, 5] para regular o transporte de elétrons dos materiais semicondutores para realizar o transporte ou processamento da informação tornou-se um método comum. Com o aprimoramento contínuo da ciência e da tecnologia, o experimento de grandes circuitos integrados está ficando cada vez mais forte do que antes [6]. Os componentes de alta densidade de eletrônicos e miniaturização tornaram-se uma necessidade urgente. Nas últimas décadas, os cientistas começaram a explorar as características de spin do elétron em dispositivos moleculares na spintrônica [7, 8]. O tempo de relaxação do spin é relativamente longo, o que não é facilmente afetado pelos defeitos e impurezas do dispositivo de spin, e pode ser obtido por uma série de meios, como campo elétrico, campo magnético e assim por diante [9]. Portanto, muitos métodos de modulação com relação às propriedades spintrônicas das junções moleculares tornaram-se o foco de pesquisas intensivas.

Comparado com dopagem química [10,11,12] e controle de campo eletromagnético [13, 14], a engenharia de deformação [15,16,17] é considerada a técnica mais eficaz e controlável para nanomateriais. A interação entre a rede e o elétron (spin, órbita, etc . ) influenciam as características elétricas, magnéticas ou ópticas do material induzidas pela engenharia de deformação, o que pode levar ao surgimento de outros efeitos físicos ou químicos únicos [18, 19]. Além disso, a deformação está inevitavelmente no processo de preparação da amostra experimental, que pode ser aplicada por diferentes canais. Por exemplo, o substrato não é preparado suavemente [20], os parâmetros de rede da amostra e o material do substrato não são combinados [21] ou a crimpagem existe na borda das nanofitas [22] e assim por diante.

Além disso, foi relatado que a deformação tem um efeito óbvio na estrutura eletrônica de materiais bidimensionais (2D) [23, 24]. Quando a deformação uniaxial é aplicada, o deslocamento do cone de Dirac do grafeno pode ser observado [25]. E a deformação uniaxial em uma grande faixa pode alterar o gap de banda zero do grafeno [26]. Além disso, estudos recentes têm mostrado que a engenharia de cepas ainda é uma maneira eficiente de melhorar as propriedades de transporte de nanofios de silício [27]. A aplicação de tensão a uma única camada de nanoribão de fósforo preto também pode alterar a direção de transporte dos portadores, o que pode controlar a anisotropia da mobilidade dos portadores [28]. Além disso, a deformação pode influenciar as características de spin do semicondutor. Uma corrente de polarização de vale pode gerar em grafeno adicionando a deformação em relação a uma estrutura borbulhante elevada [29]. A convergência de banda induzida por deformação pode ser um método eficaz para melhorar o desempenho termoelétrico de fosforeno [30]. Além disso, as propriedades ópticas [31] e magnéticas [32] da nanojunção também podem ser induzidas e moduladas por deformação. Assim, não é difícil ver que a regulamentação da engenharia de deformação em materiais é valiosa.

Nos últimos anos, a ciência do carbono tem sido amplamente afetada nos campos em desenvolvimento de junções moleculares [33,34,35,36]. Ao empregar uma reação de acoplamento cruzado, Li et al . [37] sintetizaram com sucesso a amostra graphdiyne na superfície do cobre. Desde então, graphdiyne atraiu grande interesse de pesquisadores internacionais [38, 39]. Graphyne é o alótropo do grafeno com estrutura de rede plana 2D [14, 40,41,42,43,44,45], que é formada pela conjugação de anéis de benzeno e a ligação C – C com as ligações acetilênicas. Comparado com o simples sp em camadas 2 estrutura híbrida orbital do grafeno [46], o grafino contém sp e sp 2 estados hibridizados, determinando que sua estrutura molecular única é mais complicada. Existem muitos membros pertencentes à família graphyne, como α-graphyne [40, 41], β-graphyne [47], γ-graphyne [42, 48, 49], α-2-graphyne [14], 6, 6,12-grafino [43], 14,14,14-grafino [44], δ-grafino [45] e assim por diante. Entre as estruturas existentes, o γ-graphyne não possui uma estrutura eletrônica semelhante ao cone de Dirac em torno do nível de Fermi, o que é bastante diferente do grafeno. Semelhante às nanofitas de grafeno, o γ-graphyne também pode ser cortado em poltrona e em ziguezague as nanofitas de γ-graphyne (AγGYNs e ZγGYNs). Extensos trabalhos foram exibidos sobre ZγGYNs para observar desempenhos excelentes, como filtragem de spin e resistência à diferença negativa. No entanto, o estudo de deformação implementado em ZγGYN entre eletrodos de ouro não foi relatado.

Motivados para explorar as vantagens da engenharia de cepas em ZγGYNs, introduzimos cepas nas junções moleculares com base em ZγGYN para realizar a pesquisa usando cálculos de primeiros princípios. Neste artigo, primeiro nos concentramos nas estruturas eletrônicas de ZγGYNs em diferentes configurações magnéticas. A observação mostrou que o fenômeno da divisão do spin ocorre após a introdução da deformação na junção, o que implica que a deformação pode ser um meio de manipular o spin. Além disso, os resultados nas correntes de spin das junções implicam que a deformação tem uma influência importante nas propriedades de transporte do dispositivo até certo ponto. E descobrimos que a engenharia de deformação pode melhorar o acoplamento entre o eletrodo e a região de espalhamento intermediário, o que amplia os canais eletrônicos.

Modelos e método


Na Fig. 1, três diferentes junções moleculares foram exibidas como M1, M2 e M3, respectivamente. As junções podem se dividir em três partes:eletrodo esquerdo, região de espalhamento e eletrodo direito. Aqui, usamos o nanofio de ouro (Au) como material do eletrodo devido à sua boa ductilidade e condutividade elétrica. O eletrodo Au é clivado na superfície (111). E a região de espalhamento é composta por várias unidades ZγGYN repetidas. Os átomos de Au das derivações e os átomos de carbono (C) na parte central são conectados por átomos de enxofre. Para o experimento na junção de grafeno, é mostrado que as nanofitas de grafeno podem ser adaptadas e cortadas em muitas estruturas como dispositivos moleculares em experimentos, empregando irradiação de elétrons energéticos dentro de um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) [50]. Semelhante ao grafeno, os dispositivos moleculares baseados em ZγGYN talvez também possam ser conectados dessa maneira. O M1 não é introduzido com deformação e a região de espalhamento é plana, como mostrado na Fig. 1a. O M2 parece ser curvo no x eixo com um U - estrutura curva que não a torna mais plana na Fig. 1b, o que resulta da deformação transversal. Para o sistema M3, cuja estrutura é mais complexa, contém um S - estrutura curva. O comprimento original de ZγGYN na região de espalhamento de M3 é duas vezes maior que o de M1. Assim, o ZγGYN com o efeito de deformação pode ser dobrado na direção oposta de + x e - x eixo, tornando-o presente um S - estrutura curva na Fig. 1c. As vistas laterais de M1-M3 na Fig. 1e, f correspondem às vistas principais para as partes de espalhamento na Fig. 1a-c. Os cruzamentos detalhados podem ser vistos nas fotos a seguir.

(Cor online) Os esquemas dos modelos de junção molecular foram exibidos como a M1, b M2 e c M3, cuja região de espalhamento é plana, curva (formato em U) e curva dupla (formato em S), respectivamente. O retângulo azul tracejada no painel a doa a célula unitária repetida de ZγGYNR, cuja constante de rede é 12,297 Å. Para maior clareza, a visão lateral na região de dispersão para d M1, e M2 e f M3 correspondendo a a - c também foram exibidos. L / R representa o eletrodo esquerdo / direito

Em primeiro lugar, otimizamos as células unitárias projetadas e as estruturas moleculares, implementando o cálculo da teoria funcional da densidade no pacote Atomistix ToolKit [51, 52]. De acordo com os resultados da otimização, a constante de rede da célula unitária é de cerca de 12,297 Å na Fig. 1a, e o comprimento da região de espalhamento para M1-M3 é de cerca de 36,891 Å, 35,473 Å e 70,559 Å na Fig. 1a-c. O comprimento da ligação entre o ouro e o átomo de enxofre é de 2,38 Å, e o comprimento da ligação entre o enxofre e o átomo de carbono é de 1,84 Å, 1,62 Å e 1,92 Å para M1-M3, respectivamente. Os parâmetros computacionais detalhados foram definidos como segue. O potencial de correção de troca é empregado como a aproximação do gradiente generalizado com Perdew – Burke – Ernzerh de funcional [53]. A energia de corte da malha para os potenciais eletrostáticos é 150 Ry, e a temperatura para a função de Fermi é fixada em 300 K. A força em cada átomo é menor 0,02 eV / Å. Além disso, uma malha de Monkhorst-Pack de 1 × 1 × 100 é escolhida, e o critério de convergência da densidade de elétrons é 10 −5 eV em energia total. Além disso, a fim de evitar a interação entre imagens periódicas, pelo menos 20 Å de espessura da camada de vácuo é definida em nossos cálculos. O espectro de transmissão em função da energia ( E ) e tensão de polarização ( V ) é definido como
$$ T _ {\ sigma} (E, V _ {{\ text {b}}}) =Tr \ left [{\ Gamma _ {{\ text {L}}} \ left (E \ right) G _ {\ sigma} ^ {{\ text {R}}} \ left (E \ right) \ Gamma _ {{\ text {R}}} (E) G _ {\ sigma} ^ {{\ text {A}}} (E)} \ right], $$
onde \ (G ^ {{{\ text {R}} ({\ text {A}})}} \) é a função de Green retardada (avançada) da área de dispersão central, \ (\ Gamma _ {{\ text { L (R)}}} \) é a matriz de acoplamento do eletrodo esquerdo (direito) e σ =± 1 doa o spin-up / down do elétron. A corrente de transporte de spin é calculada usando a fórmula de Landauer-Büttiker [54, 55]
$$ I _ {\ sigma} \ left ({V _ {{\ text {b}}}} \ right) =\ frac {e} {h} \ int {T _ {\ sigma} \ left ({E, V_ { {\ text {b}}}} \ right)} \ left [{f_ {L} \ left ({E - \ mu _ {{\ text {L}}}} \ right) - f _ {{\ text {R }}} \ left ({E - \ mu _ {{\ text {R}}}} \ right)} \ right] {\ text {d}} E, $$
onde \ (\ mu _ {{\ text {L (R)}}} \) e \ (f _ {{\ text {L (R)}}} \) são o potencial eletroquímico e a função de distribuição de Fermi correspondente da esquerda / eletrodo direito, respectivamente. A densidade de estados do dispositivo (DDOS) pode ser calculada por \ (D \ left (E \ right) =- \ frac {1} {\ pi} {\ text {Im}} G ^ {{\ text {R}} } (E) \).

Resultados e discussões


As estruturas de banda das células unitárias em zigue-zague γ-graphyne foram plotadas nos estados não magnético (NM), ferromagnético (FM) e anti-ferromagnético (AFM), conforme mostrado na Fig. 2a-c, respectivamente. No progresso computacional, o magnetismo dos átomos de carbono fixados na borda superior e na borda inferior são todos colocados na mesma direção, aproximando-se do estado FM; a configuração do estado AFM é oposta. Pode-se ver que o ZγGYNR é metálico no estado NM, em que as bandas de energia passam pelo nível de Fermi na Fig. 2a. Semelhante ao NM, o ZγGYNR no estado FM também é metálico, mas a óbvia divisão de spin pode ser observada. A banda de energia na direção do spin-up é deslocada para baixo na Fig. 2b, enquanto a banda do spin-down é deslocada para cima. No entanto, quando o ZγGYNR é definido no estado AFM, a estrutura de banda exibe um pequeno intervalo de banda de 0,55 eV que o torna um semicondutor na Fig. 2c. Além disso, as energias totais correspondentes dos estados também foram calculadas para M1-M3, respectivamente. Os resultados relativos são exibidos como segue:A energia da célula unitária ZγGYNR no estado NM é a mais alta de - 3524,42090 eV, e aquela no estado AFM é a mais baixa de - 3524,49299 eV. A diferença de energia entre a energia mais alta e a mais baixa é de cerca de 0,07 eV. Portanto, de acordo com os dados de todas as energias, podemos concluir que o estado AFM é o estado fundamental de ZγGYNR. O estado FM do ZγGYNR pode induzir a polarização do spin da nanofita, e seria aplicado no campo da spintrônica. A seguir, o mecanismo de transporte profundo para as três junções foi exposto.

(Cor online) As estruturas de banda para o ZγGYNR são mostradas dentro do a NM, b FM e c Estados AFM, respectivamente. O nível de Fermi foi considerado zero

Em primeiro lugar, traçamos os espectros de transmissão das três junções em polarização zero na Fig. 3. Existem muitos picos agudamente pulsados ​​do espectro de transmissão e um pequeno gap próximo ao nível de Fermi na Fig. 3a, sugerindo que o M1 é um semicondutor . Assim, sob o efeito de voltagem adequada, os elétrons podem passar do eletrodo da esquerda para a direita, uma vez que a ligação C =C ou C≡C formada entre os átomos de carbono fornece um canal de condutância para o transporte de elétrons. Para o dispositivo tensionado de M2 ​​na Fig. 3b, seu espectro de transmissão não é exatamente o mesmo que o de M1. Ainda há muitos picos de transmissão se movendo ao redor do nível de Fermi. Em outras palavras, os picos de transmissão de M2 ​​com o efeito de deformação tornam-se mais amplos do que os de M1. Além disso, todos os picos de transmissão parecem estar se aproximando do nível de Fermi. Este fenômeno é gerado a partir do efeito da deformação na região de espalhamento de M2, que leva ao aumento do acoplamento entre os eletrodos de Au e o ZγGYNR intermediário, tornando os canais de transmissão mais largos que o de M1.

(Cor online) Os espectros de transmissão dependentes de spin em polarização zero foram exibidos para a M1, b M2 e c M3, respectivamente. Os coeficientes de transmissão de rotação para cima e para baixo foram definidos como os valores positivo (preto) e negativo (vermelho). Enquanto isso, as distribuições de hamiltoniana autoconsistente projetada molecularmente foram denotadas aqui

Além disso, no caso de M3, como mostrado na Fig. 3c, a característica mais óbvia é que a divisão de spin cujos picos de transmissão de spin para cima (linha sólida preta) e spin down (linha sólida vermelha) não são mais degenerados. Além disso, o pico de transmissão de M3 ainda é tão acentuado quanto o de M1, mas também se torna mais denso. Os picos de transmissão de spin up avançam o nível de Fermi, mas o espectro de transmissão de spin down exibe uma grande lacuna de transmissão na Fig. 3c, resultando em que o M3 parece separado por spin. Isso pode ser explicado pela combinação da forma em S de M3 e do efeito de deformação. A deformação em forma de S alterou a distribuição de carga de M3 e quebrou o dipolo elétrico original, resultando na junção de M3 com comportamento magnético e, portanto, o fenômeno de divisão de spin pode ser observado aqui. Obviamente, o ZγGYNR para M3 é duas vezes maior que o de M1, tornando a interação entre os eletrodos e a região de espalhamento mais fraca do que M2. No entanto, devido à assimetria S em forma de estrutura, o ZγGYNR não está mais no mesmo plano, o que poderia mudar o sp e sp 2 componentes híbridos para γ-grafino. Portanto, o M3 é um modelo mais perfeito para projetar uma nova junção molecular.

Comparando cuidadosamente os detalhes dos picos de transmissão na Fig. 3a, b, é de grande importância descobrir que M1 não tem pico de transmissão e M2 tem um pico muito acentuado na energia de - 0,02 eV. Para compreender profundamente a diferença entre M1 e M2, desenhamos a densidade local de estados do dispositivo (DLDOS) em - 0,02 eV, conforme mostrado nas Fig. 4a, b. Para M1 na Fig. 4a, é importante notar que os elétrons estão localizados principalmente nos eletrodos de ouro e a nuvem de elétrons menos distribuída na área de ZγGYNR. Portanto, há menos canais de transmissão para transporte de carga para M1. Mas para M2, os elétrons se distribuem densamente nos eletrodos e na área espalhada de ZγGYNR por toda a fita, indicando que os ricos canais de transmissão são fornecidos para o transporte de elétrons, de modo que o espectro de transmissão de M2 ​​parece mais amplo do que M1 em torno do nível de Fermi. Este resultado implica que a junção molecular de M2 ​​com o controle da cepa teria uma melhor propriedade de transporte, o que será discutido posteriormente.

(Cor online) O DLDOS na energia de - 0,02 eV foi exibido como a M1 e ​​ b M2, respectivamente. O isovalor é considerado como 0,01 Å −3 · EV −1 . c A isosuperfície de densidade de spin de M3 também exibiu, onde as cores vermelha e azul representam os componentes de spin-up e-down, respectivamente. O isovalor é considerado como 0,015 Å −3 · EV −1

Além disso, o DDOS correspondente para cada modelo é dado na Fig. 5a – c, onde a linha sólida verde (laranja) representa a direção de rotação para cima (para baixo), respectivamente. Em primeiro lugar, a forma e a distribuição do DDOS na Fig. 5a-c correspondem aos espectros de transmissão mostrados na Fig. 3a-c. O DDOS de M1 na Fig. 3a exibe um pico acentuado em E > 0, e os DDOS de spin-up e spin-down são simétricos ao ponto zero. Para M2 na Fig. 3b, os picos de DDOS se estendem quase a todo o nível de Fermi, contribuindo para o transporte de carga da junção molecular. Assim, a deformação implementada no M2 promove o movimento de pico junto no nível de Fermi. A similaridade na estrutura de pico do DDOS e o espectro de transmissão indica uma correspondência clara entre os níveis de energia do ZγGYNR e os espectros de transmissão. O acoplamento entre os eletrodos Au e o ZγGYNR causado pela deformação expande muito o túnel de transmissão.

(Cor online) O DDOS é exibido como a M1, b M2 e c M3, respectivamente. d é a densidade de estados do dispositivo projetada (PDDOS) para M3. Os "Up-s" e "Dn-s" representam os s- PDDOS orbitais na direção de rotação para cima e para baixo, o "Up-p" e "Dn-p" representam o p- PDDOS orbital na direção de rotação para cima e para baixo, respectivamente

Como visto a partir dos espectros de transmissão e do DDOS, o fenômeno de divisão de spin de M3 também pode ser observado na Fig. 5c, sugerindo que o M3 com uma longa cadeia molecular de ZγGYNR é magnético. A fim de dar uma compreensão intuitiva do magnetismo de M3, a distribuição de densidade de spin é representada graficamente na Fig. 4c, onde as cores vermelha e azul representam os componentes de spin-up e spin-down, respectivamente. É notável ver que os momentos magnéticos atômicos estão localizados principalmente no centro do nanofibra e mostram uma tendência de enfraquecimento gradual do centro para as bordas na Fig. 4c. Semelhante às nanofitas de grafeno em ziguezague, os ZγGYNRs são conhecidos por serem magnéticos [56]. Porém, devido à presença de deformações, o acoplamento entre os eletrodos e a região central acarreta alterações na distribuição magnética original. Assim, o magnetismo dos átomos mais próximos do eletrodo desaparece enquanto o magnetismo da região central mais distante do eletrodo permanece. Para determinar quais orbitais são responsáveis ​​pela maior parte do magnetismo, traçamos o PDDOS de M3 na Fig. 5d. É claro a partir do PDDOS que o s- elétrons orbitais têm pouca contribuição para o magnetismo de M3, uma vez que eles tendem a um valor zero no meio da Fig. 5d. Ou seja, o magnetismo de M3 depende principalmente do p- elétrons orbitais, uma vez que a forma e a posição dos picos são altamente consistentes com o DDOS na Fig. 5c. Portanto, a contribuição dos elétrons externos é muito maior do que a dos elétrons internos no transporte de carga para M3. A fim de exibir as propriedades de transporte para o M1-M3, a corrente-tensão ( I-V ) características foram investigadas a seguir. O mecanismo interno relativo é revelado para verificar a previsão anterior.

Para explorar ainda mais os mecanismos correspondentes do desempenho diferente para todos os sistemas, calculamos o I – V curvas para o M1 – M3 proposto, conforme mostrado na Fig. 6a. A Figura 6a é o cálculo dependente do spin I – V curvas em função da polarização aplicada para cada dispositivo e o inserto Fig. 6a ′ mostra as correntes totais calculadas. Com o aumento da faixa de tensão de -0,6 a 0,6 V, a curva de corrente se comporta simetricamente sob faixas de tensão de polarização positiva e negativa, conforme mostrado na Fig. 6a. É importante notar que as correntes de M2 ​​e M3 são obviamente maiores que as de M1, o que demonstra que a deformação tem certo efeito no transporte de carga. A magnitude da corrente para M1 sem deformação é a menor das três junções. Ele aumenta lentamente conforme a tensão de polarização aumenta. Além disso, é obviamente visto que a corrente para M2 com a maior inclinação mostra um aumento rápido com o aumento da tensão de polarização. Em particular, a corrente de M2 ​​é quase três vezes maior que a de M1 na mesma tensão de polarização. Em contraste, a corrente para M3 com estrutura curva em S é moderada entre M1 e M2, o que mostra um comportamento condutor mais fraco do que M2, mas mais forte do que M1.

(Cor online) a O cálculo dependente do spin I – V curvas em função do viés aplicado para M1, M2 e M3. A inserção (a ′) mostra as correntes totais calculadas para cada dispositivo. b O espectro de transmissão dependente do spin para M3 na polarização - 0,04 V. A área sombreada entre as linhas pontilhadas rosa é a região de energia que contribui para a corrente, ou seja, a janela de polarização (a área sombreada em azul e verde nos lados direito e esquerdo doam o girar para cima e para baixo, respectivamente.)

Além disso, o fenômeno de divisão de spin também pode ser encontrado a partir da corrente para M3 na Fig. 6a. O I – V curva é bastante consistente com os espectros de transmissão e DDOS mencionados acima. Não há dúvida de que a cepa faz com que as moléculas não estejam mais no mesmo plano, danificando o conjugado deslocado π- ligação no ZγGYNR. No entanto, há outro aspecto a se considerar, devido ao efeito de compressão, o acoplamento entre o eletrodo e a região de espalhamento é aprimorado, então, eventualmente, o canal de elétrons se alarga e a corrente aumenta. Assim, a corrente para M3 também é afetada pela deformação, mas não tanto quanto para M2. As seguintes razões podem ser explicadas. O comprimento da região de espalhamento reduz o acoplamento entre os eletrodos Au e o ZγGYNR até certo ponto, tornando a corrente de M3 apenas maior do que M1, mas menor do que M2. O efeito de deformação e o comprimento de ZγGYNR comumente determinam a intensidade de corrente de M3. Assim, podemos ver que a corrente dependente do spin aparece para M3 na Fig. 6a. Isso também corresponde à Fig. 5c. Embora todos os resultados do cálculo acima mostrem que o M3 com deformação tem fenômeno de divisão de spin, na verdade não é muito significativo. Para a modulação de spin, pode haver outros meios mais eficientes. Na verdade, alguns outros métodos, como campo elétrico [57, 58], modificações de borda [59] e dopagem [60] também podem induzir polarização de spin e melhorar a divisão de spin em muitos nano-dispositivos baseados em duas dimensões.

A partir dos resultados, sabemos que M3 detém o fenômeno de divisão de spin, e não é difícil descobrir que quando a tensão de polarização é - 0,4 V, a diferença no valor atual do spin para cima e para baixo | I Up - Dn | pois M3 é o maior, que pode ser visto a partir das linhas contínuas azuis e verdes na Fig. 6a. Para este fim, plotamos os espectros de transmissão de M3 em bias de -0,4 na Fig. 6b, em que as linhas sólidas de azul e verde doam os componentes de spin up e spin down, respectivamente. Podemos ver que a área de transmissão da parte verde na janela de polarização é maior do que a da azul, resultando em que a corrente correspondente de spin down é maior do que a spin up na mesma tensão de polarização de - 0,4 V.

Com relação ao espectro de transmissão na Fig. 3b, sabemos que o pico de transmissão de M2 ​​próximo ao nível de Fermi aparece em -0,02 eV, então os orbitais moleculares de fronteira desempenham um papel importante no transporte de carga. Além disso, os resultados dos cálculos anteriores mostram que as correntes de M1 e M2 são independentes de spin, portanto, as distribuições espaciais de hamiltoniano autoconsistente projetado molecular (MPSH) na direção de spin-down para M1 e M2 são ignoradas aqui. A distribuição espacial dos orbitais moleculares mais ocupados (HOMOs) para M1 na Fig. 7a é mais fraca do que para M2 na Fig. 7b. Pode-se ver que os HOMO de M2 ​​estão bem deslocados em toda a região de espalhamento, resultando que aqui surge uma maior corrente de M2. No caso de M3, o spin-up HOMO se distribui nos lados duplos de ZγGYNR na Fig. 7c, enquanto os orbitais moleculares mais baixos desocupados (LUMOs) estão localizados principalmente na área central na Fig. 7d. Ao contrário, devido ao magnetismo do ZγGYNR deformado, a função de onda de HOMO na direção de spin-down está localizada na região central na Fig. 7e, mas a distribuição de LUMO na Fig. 7f é semelhante à de HOMO em direção de rotação. A distribuição espacial do MPSH é relativamente localizada em determinada região, indicando uma corrente menor para M3. Em outras palavras, a interação dos orbitais moleculares depende da combinação entre a interação atômica complexa e flexível e o efeito externo.

(Cor online) Os HOMOs para a M1 e ​​ b M2 na direção de rotação; c - f A distribuição espacial de HOMOs e LUMOs para M3 em diferentes direções de spin

Conclusões


Em resumo, as estruturas eletrônicas e as propriedades de transporte de junções tensionadas baseadas em ZγGYNR foram estudadas e analisadas. Nossos resultados mostram que o estado AFM do ZγGYNR projetado é o estado fundamental, e a estrutura de banda no estado FM é divisão de spin. Além disso, a cepa tem um efeito vital nas propriedades de transporte da junção molecular. No mesmo comprimento, a deformação aumenta muito o acoplamento orbital entre os eletrodos de Au e o ZγGYNR. Como resultado, os canais eletrônicos de M2 ​​são alargados, portanto, o comportamento de transporte de elétrons em M2 é muito maior do que em M1. Além disso, o comprimento e a direção de ZγGYNR ainda têm certa influência nas características de transporte da junção. Especificamente, o acoplamento entre os eletrodos de Au e o ZγGYNR é enfraquecido devido ao aumento do comprimento, de modo que a corrente de M3 é menor que a de M2. Além disso, a distribuição magnética de M3 resulta em um fenômeno óbvio de divisão de spin. Os mecanismos correspondentes de propriedades de transporte são discutidos em termos de espectros de transmissão, o LDDOS e assim por diante. Nossos resultados podem fornecer novas idéias para a próxima geração de dispositivos eletrônicos flexíveis no futuro.

Disponibilidade de dados e materiais


O projeto de junções moleculares e cálculos computacionais foram realizados pelo pacote Atomistix ToolKit.

Abreviações

γ-GYNRs:

Nanofitas de γ-Graphyne
2D:

Bidimensional
NM:

Não magnético
FM:

Ferromagnético
AFM:

Anti-ferromagnético
DDOS:

Densidade de estados do dispositivo
DLDOS:

Densidade local do dispositivo de estados
PDDOS:

Densidade projetada de estados do dispositivo
MPSH:

Hamiltoniano autoconsistente projetado molecular
HOMO:

Orbitais moleculares mais ocupados
LUMO:

Orbitais moleculares mais baixos desocupados
Up:

Spin-up
Dn:

Spin-down

Nanomateriais

  • Metal
  • Resina
  • fibra
  • Material compósito
  • Nanomateriais
  • Materiais Poliméricos
  • biológico
  • Corante
  • Especiarias
    1. Transporte quântico torna-se balístico
    2. Nanopartículas de semicondutor
    3. Nano cluster de ouro é um catalisador maravilhoso
    4. Nanopartículas plasmônicas
    5. Nanopartículas de ouro para sensores quimio
    6. Nanofibra de grafeno
    7. Nanorods de ouro revestidos com BSA para terapia fototérmica NIR-II
    8. Investigação teórica de nanofios de germânio deformados biaxialmente por tração
    9. Estabilidade aprimorada de nanopartículas magnéticas de ouro com poli (ácido 4-estirenossulfônico-ácido co-maleico):propriedades ópticas sob medida para detecção de proteínas
    10. C# - Propriedades