论文部分内容阅读
在第一章，我们对稀磁半导体整个历史研究过程进行回顾，包括Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族以及Ⅳ族半导体掺杂过渡金属。另外，我们对两维的石墨烯以及石墨烯纳米带的电子结构以及磁输运性质进行简单的介绍。
在第二章，我们采用基于密度泛函理论的第一性电子结构计算方法，研究了过渡族金属掺杂Si中的结构，电子以及磁性质。我们考虑六种过渡族元素V,Cr,Mn，Fe，Co和Ni。为了深入理解过渡金属的能带填充以及磁矩饱和，我们先研究了过渡金属-Si合金在闪锌矿结构的情况。其次，我们研究单个过渡元素掺杂到体的Si中，考虑三种情况：替代位，四面体对称性的间隙位和六面体对称性的间隙位。对于Si，所有的过渡族元素趋于处在间隙位。我们采用简化的能带填充理论来理解该系统的电学以及磁学性质，并和Ge的情况进行比较。为了理解应力场下的行为，我们计算形成能随各向同性压力的变化，结果表明应用负压力使过渡族金属替换Si成为稳定基态。最后铁磁态能量同反铁磁态能量进行比较，结果表明Mn的间隙位可稳定近邻的替换位，而对于Cr掺杂情形，一种亚铁磁基态被预言。
在第三章，我们采用紧束缚方法理沦研究了zigzag型以及armchir型六边形石墨烯量子点。对于zigzag型的量子点，在零磁场下发现一种新的束缚边界态。在磁场下，量子点的磁能级也表现出Hofstadter-butterfly谱，并在小磁通区域，随着磁场的增加能级会趋于两维石墨烯的朗道能级。另外，量子点的光学性质也可通过量子点尺寸，边界类型以及外加磁场进行调节。
在第四章，我们理论研究通过双弯曲结构的石墨烯纳米带结构，也就是在两个半无限的zigzag边界石墨烯纳米带之间垂直连接一个armchair边界的石墨烯纳米带。我们发现无论金属或者半导体态的armchair的石墨烯纳米带，该结构始终表现出共振隧穿。而且这种共振隧穿可以通过费米能或者armchair的石墨烯纳米带的长度。该结构也可被用来控制隧穿电流的谷间的极化，并对谷间电子学设备具有潜在的应用前景。最后，我们研究通过两个双弯曲结构组成的反U型结构的隧穿行为。我们发现隧穿峰是三个区域包括左右armchair纳米带以及中间zigzag纳米带连接梁中束缚态的共同作用。