【摘 要】
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制备小尺度、低功耗的新型器件是集成电路设计的核心问题,例如芯片、晶体管的设计等。利用电子的自旋自由度作为逻辑门具有诱人的前景,研究自旋相关的电子输运问题是一个热门的领域。本文从第一性原理出发,结合非平衡格林函数输运方法较为系统地研究了基于过渡金属硫化物（Transition Metal Dichalcogenides,TMD）的纳米结的电子自旋输运性质。我们建立了自旋阀器件Fe/MoS2/Fe、N
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制备小尺度、低功耗的新型器件是集成电路设计的核心问题,例如芯片、晶体管的设计等。利用电子的自旋自由度作为逻辑门具有诱人的前景,研究自旋相关的电子输运问题是一个热门的领域。本文从第一性原理出发,结合非平衡格林函数输运方法较为系统地研究了基于过渡金属硫化物（Transition Metal Dichalcogenides,TMD）的纳米结的电子自旋输运性质。我们建立了自旋阀器件Fe/MoS2/Fe、Ni/WSe2/Ni,讨论了接触方式对电子传输性质的影响。我们还研究了异质结MoS2/WSe2的输运性质,得到了反常的透射谱分布。通过进一步分析,我们指出这种反常可能是由Ni原子与Se原子以及S原子电子态耦合情况不同所造成。我们的研究结果表明,可以通过改变TMD材料与电极接触的方式来调控器件的磁阻大小。我们还讨论了中间区大小对输运性质的影响。计算表明,随着中间WSe2层数的增加,Ni/WSe2/Ni磁阻基本不变。导致这种情况的原因可以归结为:界面相互作用诱导的间隔层磁矩随着层数的增加趋向于一个稳定值。我们的计算表明,间隔层磁矩的大小对磁阻大小起着决定性作用。最后,我们研究了以VSe2为铁磁电极的异质结（VSe2/WSe2/VSe2）。通过计算,预测了三种大磁阻结构,其磁阻量级高达10~8%～1010%。如此大的磁阻出现可归因于在磁化方向反平行配置时上、下自旋电子的动量不匹配——这导致了几乎完美的自旋过滤。进一步分析VSe2的电子结构,我们发现在电子传输过程中起决定作用的主要是V原子的(9、(92、(92轨道电子。我们的工作对实验上外延生长异质结的叠放顺序具有指导意义,也为开发基于二维磁性范德瓦尔斯材料的新型自旋电子器件提供了理论指导。
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