硼氮摻雜對鋸齒型硅烯納米帶器件中自旋輸運的調控

張 丹，崔麗玲，譚金桃，肖 金，何 軍，范志強，羅小剛

（1.湖南工業大學 理學院，湖南 株洲 412007；2.長沙理工大學 物理與電子科學學院，湖南 長沙 410114；3.邵陽縣巖口鋪鎮初級中學，湖南 邵陽 422106）

1 研究背景

硅烯由硅原子按蜂窩狀的六角結構排列而成，它與石墨烯有著極其相似的結構，只是相鄰硅原子上下呈褶皺狀排列[1]，這不但使得硅烯與石墨烯具有相類似的電學性質，而且還使其在某些方面表現出優于石墨烯的性質。硅烯中原子間的成鍵方式介于sp2及sp3間，這種獨特的結構可令它在外加垂向的電場作用下有帶隙受調控的優良特性[2]，另外也會使硅烯拓撲絕緣體向能帶絕緣體轉變。更重要的是，硅烯里面存在著強于石墨烯的自旋軌道耦合現象，致使其能帶在狄拉克高對稱點處打開一個1.55 meV的帶隙[3]。加之硅烯與傳統硅工業的兼容性，使得其在半導體器件應用方面有廣闊空間。

硅烯按照不同方向可被裁剪成不同類型的硅烯納米帶，較常見的兩種為扶手椅型和鋸齒型，且硅烯納米帶在實驗室中已被成功合成[4-7]。理論研究表明，扶手椅型硅烯納米帶在本征態下的電子結構呈現出非磁性的半導體行為，且帶隙隨帶寬的增加呈現出以3為周期的震蕩現象[8-9]。而對于鋸齒型硅烯納米帶，其邊緣采用氫原子鈍化后，研究者發現其磁性主要聚集在帶的兩個邊緣，且磁性相反（即反鐵磁態）時體系能量最低，但是自旋向上和向下的能帶是簡并的[10]，這限制了其在自旋電子器件方面的應用，因此許多學者開始探究打破自旋簡并的方法。……