具有连续反量子点的石墨烯纳米带中纯自旋流的实现*

陈兴 赵晗 张艳 刘露 杨志宏 宋玲玲

(合肥工业大学电子科学与应用物理学院,合肥 230601)

热自旋电子学结合了热电子学和自旋电子学二者的优势,在构建高速、低能耗器件技术上具有广泛的应用前景.本文基于密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法,研究了在铁磁态石墨烯纳米带中沿带宽方向引入连续反量子点(六元环缺陷)以获得纯自旋流的模型.计算发现,在纳米带的单边引入反量子点会破坏纳米带结构的完整性,导致器件的透射谱在费米能级附近呈现“X”形交叉.在温度场下,不同自旋的电子朝相反方向流动,形成了自旋流和电荷流,并且通过微调器件的化学势可以获得电荷流为0,自旋流不为0 的纯自旋流.结果表明,对于具有W 条链宽的锯齿型石墨烯纳米带,当沿纳米带带宽方向连续引入反量子点数满足(W/2–1)时,即可获得最大的纯自旋流,这一研究结果为设计基于石墨烯纳米带的纯自旋流器件提供了有力的理论依据.

1 引言

自旋电子学,旨在利用电子的固有自旋特性进行信息处理.与传统电子器件相比,自旋电子器件具有更快的处理速度,更低的功耗和更高的集成度等多方面优异的特性[1,2].在自旋电子学的探索历程中,人们已深入研究了自旋极化输运,自旋过滤和自旋流等多项自旋相关输运性质[3−5].其中,自旋流已通过许多方法实现,如自旋霍尔效应、绝热量子泵、电压控制的纯自旋流器件、施加温度场下纯……