低维h-BCN纳米材料电子结构及电输运特性研究

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李燕,  熊诵博,  管志勇,  杨宁,  刘英*

江西理工大学, 能源与机械工程学院, 江西南昌 330013

摘     要: 随着后摩尔时代演进,新型二维材料的引入推动了自旋电子学的发展。近期实验上合成的六方硼碳氮(h-BCN)单层表现出引人入胜的电子特性,这极大引起了研究人员的兴趣。本文采用基于第一性原理的密度泛函理论结合非平衡格林函数的计算方法,研究了二维h-BCN纳米片和一维h-BCN纳米带的电子结构和电输运特性。二维h-BCN单层不仅具有与石墨烯和氮化硼(h-BN)相同的六边形结构,从能带结构上看还呈现出带隙值为1.17 eV的半导体特性。此外,锯齿型(Z型)h-BCN纳米带的带隙变化与带宽相关,而扶手椅型(A型)h-BCN纳米带的带隙变化与带宽无关。在此基础上,进一步构建了基于Z型h-BCN纳米带的器件模型。不同带宽的Z型h-BCN纳米带器件的输运性质与自旋方向有关,从伏安特性曲线上看表现出完美的负微分电阻(NDR)效应。最后,通过对局域态密度的分析深入了解量子输运的内部机理。研究结果表明,二维h-BCN纳米片具有直接半导体行为,Z型h-BCN纳米器件的与自旋相关的输运特性和NDR效应对设计多功能自旋纳米器件中具有重要的意义。
关 键 词: 电子特性; 输运特性; 第一性原理; 密度泛函理论
DOI: 10.57237/j.mater.2023.04.002
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