Electronic properties of edge-functionalized zigzag graphene nanoribbons on SiO2 substrate
基于第一性原理计算，研究了SiO2衬底上边缘功能化锯齿型石墨烯纳米带的电子性质. ZGNRs的金属或半导体性质是由于边缘氢化ZGNRs和不同的SiO2（0001）表面之间的各种相互作用而揭示的。修饰ZGNR的二价官能团充当ZGNR的活性边缘与SiO2之间的桥梁。这些官能团稳定了基底上的ZGNRs，以及修改ZGNRs的边缘状态，并进一步影响其电子性质。由于边态破坏和晶格畸变，ZGNR的带隙被打开。
2011-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of edge-functionalized zigzag graphene nanoribbons on SiO2 substrate-v2
基于第一性原理计算，研究了SiO2衬底上边缘功能化锯齿型石墨烯纳米带的电子性质. ZGNRs的金属或半导体性质是由于边缘氢化ZGNRs和不同的SiO2（0001）表面之间的各种相互作用而揭示的。修饰ZGNR的二价官能团充当ZGNR的活性边缘与SiO2之间的桥梁。这些官能团稳定了基底上的ZGNRs，以及修改ZGNRs的边缘状态，并进一步影响其电子性质。由于边态破坏和晶格畸变，ZGNR的带隙被打开。
2011-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Electric control of the edge magnetization in zigzag stanene nanoribbon
在低维结构中操纵电子和空穴的自旋态以实现电子学和自旋电子学的应用，一直是人们极大的兴趣。利用第一性原理计算研究了锯齿形锡烯纳米带的边缘磁耦合和各向异性。考虑到相当大的自旋轨道耦合和铁磁性在每个边缘，锯齿形锡烯纳米粒子是绝缘的，其带隙取决于边缘间的磁耦合和磁化方向。特别是对于具有面外反铁磁耦合的纳米晶边缘，边缘态出现两个非简并谷，且自旋简并度可通过横向电场调节，充分发挥了自旋和谷的自由度.更重要的是，磁序和各向异性都可以通过电子和空穴掺杂来选择性地控制，这表明了容易获得的栅极诱导的磁性调制。这些有趣的特性为设计基于电子和磁电耦合多自由度的节能器件提供了一条实用的途径。
2017-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of Raman spectra and vibrational density of states between graphene nanoribbons with different edges
采用密度泛函紧束缚方法和非共振键极化理论研究了石墨烯纳米带的振动性质。我们表明，最近发现的重建锯齿形边缘可以确定从出现的高能量振动模式，由于强的三键在边缘。这种模式在拉曼光谱中也是可见的。观察到重建的锯齿形边缘的状态的总振动密度类似于扶手椅的状态的振动密度，而不是锯齿形的石墨烯纳米颗粒。边缘相关的振动态的能量增加，这证实了增加ridigity的重建锯齿形边缘。
2008-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Carrier-induced Antisymmetric-symmetric Tendencies of Spin Stiffness in Zigzag Graphene Nanoribbons
应用推广的Bloch定理计算了锯齿形石墨烯纳米带的自旋刚度，并考虑了掺杂后的自旋刚度变化趋势。为了实现这一目的，通过应用约束方案方法将铁磁和反铁磁自旋排列固定在两个不同的边缘，构建了两种不同的平自旋螺旋结构。然后通过二次阶函数计算自旋刚度，该二次阶函数将自洽计算中的总能量差映射到海森堡哈密顿量上。我们发现了一个非常高的自旋刚度，正如先前通过超原胞计算所预测的那样。我们还发现空穴-电子掺杂引起自旋刚度的反对称性趋势。当考虑掺杂时，锯齿形石墨烯纳米颗粒的带宽度对自旋刚度的依赖性也具有类似的趋势。
2019-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Circumventing the Stability Problems of Graphene Nanoribbon Zigzag Edges
锯齿形边缘碳纳米结构具有独特的性质，具有令人兴奋的潜在应用。这种纳米结构通常在真空下合成，因为它们的锯齿形边缘在环境条件下是不稳定的：必须克服这一障碍才能实现其可规模化开发。在这里，我们证明了化学保护/脱保护策略的可行性，这一目标，表现在不稳定的手性石墨烯纳米带（chGNRs）。在氢化时，chGNR在暴露于空气中后存活，之后它们通过退火容易地转化回其原始结构。我们还从另一个角度来解决这个问题，通过合成化学稳定的氧化形式的chGNRs，可以通过氢化和退火转化为原始的烃形式。这些发现可能代表了在器件中集成边缘纳米结构的重要一步。
2021-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Will Zigzag Graphene Nanoribbon Turn to Half Metal under Electric Field?
在B3LYP水平上，我们预测了锯齿形边缘石墨烯纳米带（ZGNR）在外加电场作用下可以实现半金属化。半金属化的临界电场随带宽的增加而减小。当边缘态电子在很强的电场作用下从一侧完全转移到另一侧时，自旋极化和半金属性都被消除。ZGNR保持半金属状态的电场范围随带宽的增加而增加。我们的研究显示了丰富的场致自旋极化行为，这可能会导致一些重要的应用在空间电子学。
2007-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Peierls transition and edge reconstruction in phosphorene nanoribbons
用密度泛函理论研究了磷烯纳米带的原子和电子结构。这些新材料呈现出两种截然不同的物理系统中所期望的不同物理现象：一维金属链和半导体表面。虽然“崎岖”的纳米带是半导体在其层终止的结构，纯的“线性”和“之字形”纳米带是金属由于金属边缘状态。线性纳米带经历边缘重构，并且超过一定宽度的锯齿形纳米带经历Peierls转变，导致电子结构中的带隙打开和总能量降低。两侧具有线性和锯齿形边缘的混合纳米带是一个奇怪的情况，同时显示边缘重建和Peierls转变。大多数磷光纳米带是半导体，对其应用具有重要意义。
2014-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Band-gap engineering, magnetic behavior and Dirac-semimetal character in the MoSi2N4 nanoribbon with armchair and zigzag edges
受最近成功形成MoSi2N4单层的启发[Hong等人，Sci. 369，670（2020）]首次研究了MoSi2N4纳米带（NR）的结构、电子和磁性。能带结构的计算表明，在锯齿形边缘和扶手椅边缘的非磁性半导体字符的自旋极化。对于扶手椅边缘，我们确定了一个间接的直接带隙位移相比，MoSi2N4单层，其能隙随着NR宽度的增加而增加。通过能带结构计算观察到各向异性的电磁行为在锯齿形和扶手椅边缘，其中，令人惊讶的是，对于一种类型的锯齿形边缘配置，我们确定一个Dirac半金属字符。MoSi_2N_4薄带中磁性和Dirac半金属的出现可以产生新的物理性质，这可能在下一代电子器件的应用中是有用的。
2021-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Boron and nitrogen impurities in SiC nanoribbons: an ab initio investigation
采用基于密度泛函理论的从头计算方法，对碳化硅（SiC）纳米带中的替位式硼和氮杂质进行了理论研究。我们考虑了锯齿形和扶手椅边缘的氢终止SiC带。在这两个系统中，我们验证了硼和氮原子积极地倾向于本地化的纳米带的边缘。然而，虽然硼优先取代硅原子，但氮优先占据碳位点。此外，我们的电子结构计算表明，（i）取代的硼和氮杂质不影响扶手椅型SiC纳米带的半导体特性，和（ii）锯齿形纳米带的半金属行为保持在取代的硼杂质的存在下。相反，占据边缘碳位点的氮原子将半金属锯齿形纳米带转变为金属系统。
2011-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Topological phase in oxidized zigzag stanene nanoribbons
采用第一性原理和半经验紧束缚方法研究了氧在二维锯齿形锡烯纳米带表面的吸附。在Kane-Mele紧束缚模型中考虑了内禀自旋轨道相互作用。氧原子或分子在2D锡烯上的吸附打开了电子能带隙。我们研究了锯齿形锡烯纳米带中的螺旋边态和拓扑相。氧原子在锯齿形锡烯纳米带上的吸附使费米能级处的螺旋边缘态发生形变，导致拓扑（非平凡）到平凡的相变。通过进行$Γ$ -点声子计算来检查系统的结构稳定性。氧原子或分子在二维锡烯上的吸附锯齿形锡烯纳米带表面吸附氧原子的特定排列保持了拓扑相，在未来的纳米电子器件中具有潜在的应用。
2016-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Edge states of zigzag graphene nanoribbons with B and N doping at edge atoms
采用紧束缚模型，理论研究了锯齿形石墨烯纳米带最外层的C原子被B和N原子取代后的锯齿形硼碳氮（BCN）纳米带的电子性质.结果表明，除了六倍超原胞的情况外，当B原子和N原子数目相等时，费米能级上出现平带和边缘态。为了研究BCN纳米带中边缘态的起源，我们考虑了具有锯齿形边缘的半无限石墨烯片，其中最外面的C原子被B和N原子取代。我们分析表明，在锯齿形的边缘和平坦的频带使用传输矩阵方法的边缘状态的存在。
2013-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermoelectric figure of merit in edge disordered zigzag graphene nanoribbons
我们基于非平衡格林函数的相同方法工具研究了电子和声子通过边缘无序锯齿形石墨烯纳米带的输运。我们发现，边缘无序显着降低声子的热输运，而只有微弱的有害电子传导。电子和声子的弹性平均自由程的行为指向实现电子晶体与声子玻璃共存的可能性。计算出的热电优值（ZT）的值资格锯齿形石墨烯纳米带作为一个非常有前途的材料热电应用。
2009-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Half-metallic Dirac cone in zigzag-graphene-nanoribbon/graphene
石墨烯是一种本征零能隙半导体，它的狄拉克电子具有独特的自旋和赝自旋，从而产生了许多有趣的电子和输运性质。虽然孤立的锯齿形石墨烯纳米带是反铁磁半导体，我们通过第一性原理和紧束缚计算表明，锯齿形石墨烯纳米带支撑在石墨烯上是半金属的自旋和赝自旋对称性破缺的结果。特别地，在费米能级附近的K（K '）处形成半金属狄拉克锥。目前的研究结果表明，锯齿形石墨烯纳米带中自旋和赝自旋的独特组合可以用于操纵石墨烯的电子性质，并可能对潜在的石墨烯基纳米电子应用具有实际意义。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single and multiple doping effects on electron transport in zigzag silicene nanoribbons
采用非平衡格林函数方法结合密度泛函理论研究了掺铝（Al）和磷（P）的锯齿形硅烯纳米带（ZSiNRs）的自旋相关电子能带结构和输运性质.一个单一的Al或P原子的存在下诱导准束缚态的ZSiNR，可以观察到作为新的倾角的电子电导。当Al原子位于带的中心时，Al原子充当受体，而P原子充当供体。当掺杂剂被放置在边缘上时，这种行为被逆转。因此，在改变掺杂剂的位置时，在ZSiNR中观察到受体-供体转变。当两个硅原子被两个杂质（Al或P原子）取代时，得到类似的结果，但由于杂质-杂质相互作用，电导通常被修改。当掺杂打破了关于中心线的二重旋转对称性时，输运变得依赖于自旋。
2014-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Graphene Nanoribbon and Graphene Nanodisk
我们研究了具有闭合边缘的石墨烯衍生物的电子性质。它们是有限长度的石墨烯纳米带和石墨烯纳米盘。虽然所有的无限长锯齿形纳米带都是金属的，但在有限长锯齿形纳米带中没有发现金属态。我们还研究了六边形，平行四边形和三角形的锯齿形或扶手椅边缘的纳米盘。除了三角形锯齿形纳米盘外，在这些纳米盘中也没有发现金属态。有趣的是，我们可以通过改变三角锯齿形纳米盘的尺寸来任意设计金属态的简并度。
2007-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dependence of atomic arrangement on length of flat bands in zigzag BC2N nanoribbons
我们采用紧束缚模型对锯齿形边缘的BC2N纳米带的电子性质进行了理论研究。结果表明，当原子沿Z字形排列时，Z字形BC_2N纳米带具有平坦的能带和边缘态。波矢空间中的平带长度取决于原子排列。这一性质可以用BC_2N片的线性色散偏离蜂窝晶格的K点来解释。边缘态的电荷分布依赖于原子的排列。我们还表明，锯齿形BC2N纳米带的边缘状态的电荷分布，其中最外层的网站被B和N原子占据是不同于那些在传统的石墨烯锯齿形边缘。这种电荷分布导致不同的磁结构。在平均场近似下，利用哈伯德模型研究了锯齿形边缘的BC2N纳米带的磁性结构。在Z字形边缘，最外面的位置被B和N原子占据，铁磁结构出现时，网站能量大于现场库仑相互作用。
2012-11-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Unimpeded tunneling in graphene nanoribbons
我们研究了锯齿形（ZNR）和反锯齿形（AZNR）石墨烯纳米带中的克莱因悖论。由于ZNR（纳米带上的晶格位置数，N为偶数）和AZNR（N为奇数）在用狄拉克方程处理时是不可区分的，我们用一个伪宇称算子补充了模型，该算子的本征值正确地依赖于带上碳原子数的子晶格波函数，与紧束缚模型一致。我们已经表明，在锯齿形纳米带的克莱因隧道是有关的赝宇称，而不是在无限的石墨烯赝自旋的守恒。在正面入射的情况下，完美的传输被替换为完美的传输在带的中心和手征被解释为在布里渊区的不同角落的动量的投影的赝宇称。
2010-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Spin Valve Effect in ZigZag Graphene Nanoribbons by Defect Engineering
我们报告的可能性驱动的锯齿形石墨烯纳米带的边缘缺陷工程的自旋阀效应。基于平均场自旋不受限制的哈伯德模型，采用自洽方法计算了电子能带结构和电导分布。发现使用外部栅极在清洁的锯齿形石墨烯纳米带中触发超导体-金属转变，而在存在克莱因边缘缺陷的情况下，它产生自旋分裂带隙的闭合。这些特性可以用来制造新型的基于电荷和自旋的开关和场效应器件。
2009-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On-surface synthesis of graphene nanoribbons with zigzag edge topology
石墨烯基纳米结构表现出广泛的令人兴奋的电子特性，在扩展的石墨烯中是不存在的。例如，碳纳米管和扶手椅型石墨烯纳米带（AGNR）中的量子限制导致与其结构边界条件直接相关的大量电子带隙的开放。更有趣的是具有锯齿形边缘的纳米结构，预计这些纳米结构将具有自旋极化的电子边缘态，因此可以作为石墨烯基自旋电子学的关键元素。最突出的例子是锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs），其边缘状态被预测为沿着边缘铁磁耦合，并在它们之间反铁磁耦合。到目前为止，尚未实现对专门设计和控制的锯齿形边缘拓扑结构的自旋极化边缘态的直接观察。这主要是由于当前自顶向下方法的有限精度，这导致边缘结构定义不佳。另一方面，自下而上的制造方法到目前为止只成功地应用于AGNR和相关结构的生长。在这里，我们描述了成功的自下而上的合成ZGNRs，这是由表面辅助的colligation和环化脱氢的专门设计的前体单体，包括碳基团，产生原子精确的锯齿形边缘。利用扫描隧道谱，我们证明了具有大的能量分裂的边缘局域态的存在。我们预计，ZGNRs的可用性将最终允许表征其预测的自旋相关特性，如自旋限制和过滤，并最终将自旋自由度添加到基于石墨烯的电路中。
2015-11-16 cond-mat.mtrl-sci
From Half-metal to Semiconductor: Electron-correlation Effects in Zigzag SiC Nanoribbons From First Principles
我们进行了电子结构计算的基础上的第一性原理多体理论方法，以研究准粒子带隙，和氢钝化锯齿形SiC纳米带的光吸收光谱。自能校正包括使用GW近似，和激子效应包括使用贝特-萨尔彼得方程。我们系统地研究了宽度在0.6 $\text{nm}$和2.2 $\text{nm}$之间的纳米带。准粒子修正扩大了Kohn-Sham带隙，因为减少维数引起的增强的相互作用效应。宽度大于1 nm的锯齿形SiC纳米带在平均场水平下表现出半金属性。自能修正大大增加了带隙，从而将半金属锯齿形SiC纳米带转变为窄隙自旋极化半导体。这些纳米带的光学吸收光谱得到显着修改后，包括电子-空穴相互作用，和最后的带状物表现出强烈的束缚激子，结合能为2.1 eV。因此，最窄的锯齿形SiC纳米晶具有用于在光谱的IR区域中操作的光电子器件的潜力，而表现出自旋极化的更宽的纳米晶可以用于自旋电子学应用。
2017-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vibrational properties of graphene nanoribbons by first-principles calculations
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了石墨烯纳米带的振动性质。我们证实了具有扶手椅型和锯齿型边缘的石墨烯纳米带的声子模式可以被解释为基本振荡及其泛音。这些示出了对纳米晶宽度的特征依赖性。此外，我们表明，纳米带的计算出的伽玛点声子频率到石墨烯的声子色散的映射对应于纳米带的布里渊区到石墨烯的布里渊区的“展开”。我们考虑了自旋态对锯齿形纳米带声子谱的影响，并将我们的结果与过去的研究进行了比较。
2009-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Sensory Organ like Response of Zigzag Edge Graphene Nanoribbons
利用连续介质Dirac理论，研究了锯齿形边缘石墨烯带在边缘势和塞曼场作用下的密度和自旋响应。我们的分析计算的密度和自旋的封闭系统（固定粒子数）的静态边缘场的响应，显示出高度非线性的韦伯-费希纳型行为的响应依赖于边缘电位的mechanically。响应对系统尺寸的依赖性（例如纳米尺度的宽度）也未被揭示。因此，锯齿形边缘石墨烯纳米带提供了遵守韦伯-费希纳定律的器官（例如眼睛和耳朵）的响应的实现。我们验证我们的分析结果与紧束缚计算。这些结果对于理解石墨烯纳米带中电子-电子相互作用的重要影响，如边缘磁性等至关重要，并且还提出了石墨烯纳米带的器件应用的可能性。
2010-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Half-metallicity in aluminum-doped zigzag silicene nanoribbons
采用第一性原理计算研究了Al掺杂锯齿型硅烯纳米带（ZSiNR）的自旋相关电子结构.当ZSiNR在每三个原始单元中的不同位置上被单个Al原子替代掺杂时，它们在某些情况下变成半金属，这是可以用于自旋电子器件的特性。更有趣的是，当Al原子被放置在亚边缘位置时，自旋下降的电子可以在费米能量下传输。相比之下，当ZSiNR在其中心附近的位置上掺杂时，自旋向上的电子可以在费米能量下传输。在边缘或近边缘位置掺杂Al原子，可以显著抑制边缘的磁矩。对于磷-（P）和硼-（B）掺杂的ZSiNR获得了类似的结果。当两个或更多个Si原子被Al原子取代时，通常半金属行为被金属、无自旋隙半导体或半导体行为取代。当六个Si原子的线，沿带的宽度，被Al原子所取代，能带结构的自旋分辨率被抑制，系统变得不稳定。
2014-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Selected graphenelike zigzag nanoribbons with chemically functionalized edges: Implications for electronic and magnetic properties
众所周知，存在广泛种类的准二维类石墨烯纳米材料，其在许多方面可以优于石墨烯。因此，除了石墨烯之外，注意力还集中在锡烯（弯曲的蜂窝结构）和磷烯（褶皱的蜂窝结构）上。它示出，根据掺杂，这些材料可以具有磁有序的边缘。磁相位的计算图说明，一方面，石墨烯和锡烯的n型掺杂的窄锯齿形纳米带在边缘之间具有反铁磁性对齐的磁矩。然而，另一方面，在磷烯纳米带的情况下，对于p型掺杂，Z字形边缘可以具有铁磁性对齐的磁矩。边缘磁性严重影响纳米带的输运性质，并且如果充分控制，可以使它们对自旋电子学有吸引力。
2019-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stability of edge magnetism against disorder in zigzag MoS$_2$ nanoribbons
基于先前的\emph{ab-initio}计算，具有锯齿形边缘的二硫化钼纳米带显示铁磁和金属性质。然而，由于这些方法的计算成本，对无序对磁性的作用的调查仍然缺乏。在这项工作中，我们填补了这一空白，通过研究几个纳米长的二硫化钼$_2$锯齿形纳米带使用紧束缚和哈伯德哈密顿的磁性和电子性质。研究结果表明，合适的边缘原子紧束缚参数对定量获得MoS $_2$纳米带的金属态和磁性是至关重要的.在微调参数的帮助下，我们进行了大规模的计算，并预测了沿边缘的自旋畴壁能量，发现其显著低于锯齿形石墨烯纳米带。紧束缚的方法使我们能够解决边缘无序对磁性的影响。我们的研究结果开辟了道路，为调查电子-电子效应在现实尺寸的纳米器件在MOS $_2$，也提供了有价值的信息，自旋电子学应用。
2019-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic giant Stark effect of boron-carbon-nitride nanoribbons with zigzag edges
采用第一性原理计算研究了锯齿形硼碳氮（BCN）纳米带的电子性质，其中石墨烯纳米带边缘最外层的C原子被B或N原子取代.我们发现，BCN纳米带是金属，因为几个带交叉的费米能级。对于BCN纳米带在一个丰富的H $_2$的环境中，所谓的近自由电子状态出现在费米能级以上，因为固有的巨斯塔克效应，由于内部电场的横向偶极矩。近自由电子态的位置可以通过施加平行于偶极矩的电场来控制。氮原子的氢化是BCN纳米带中巨斯塔克效应出现的必要条件。我们还讨论了双层BCN纳米带中堆积顺序对本征巨斯塔克效应的影响。
2012-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of thermoelectric figure of merit in zigzag graphene nanoribbons with periodic edge vacancies
研究了锯齿型石墨烯纳米带中周期性边缘空位和反点阵列对石墨烯纳米带热电性能的影响。利用格林函数方法，电子哈密顿量的紧束缚近似和声子动力学矩阵的第四近邻近似，计算了Seebeck系数和热电优值.研究发现，当空位在锯齿形纳米晶的两边按一定的周期性排列时，会出现有限的带隙，并出现几乎两倍的简并能级。结果，塞贝克系数显著增加。它示出了一个额外的增强的热电优值可以通过周期性的边缘缺陷与反点阵列的组合来实现。
2016-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of Edge Passivations on the Electronic and Magnetic Properties of Zigzag Boron-Nitride Nanoribbons with Even and Odd-Line Stone-Wales (5-7 Pair) Defects
第一性原理自旋极化计算已经在钝化的氮化硼纳米带（BNNR）上进行了五边形-七边形线缺陷（PHLD）（也称为斯通-威尔士线缺陷）。在BNNR的一个边缘或两个边缘处添加了两种PHLD，即偶数行PHLD和奇数行PHLD。单边（与其所有不同的可能性，例如，对于BNNR与2线PHLD在单边有8种可能性），以及两个边缘钝化已被认为是所有的带在这项研究中通过钝化每个边缘原子与氢原子。态密度（DOS）和投影DOS（pDOS）分析已经完成，以了解各种属性的根本原因。我们发现，钝化导致不同的影响的电子和磁性的系统，和效果主要是基于线缺陷的引入和/或在钝化边缘的原子。在一般情况下，我们发现，钝化可以发挥关键作用，在调整系统的性质，只有当它有一个锯齿形的边缘。
2014-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Edge Disorder in Bottom-Up Zigzag Graphene Nanoribbons: Implications for Magnetism and Quantum Electronic Transport
基于扫描探针显微镜和第一性原理计算，我们揭示了自下而上锯齿型石墨烯纳米带中结构无序的本质及其对磁性和电子输运的影响.我们发现在表面合成的环化脱氢步骤中出现的边缘缺失的间二甲苯单元是最常见的点缺陷。这些“咬”缺陷作为自旋1顺磁中心，严重破坏带极值附近的电导谱，并引起自旋极化电荷输运。我们进一步表明，整个石墨烯纳米带的电子电导是更敏感的“咬”缺陷形成在锯齿形边缘比扶手椅的。我们的工作建立了一个全面的理解无序的自下而上的石墨烯纳米带的低能电子特性。
2021-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Atoms on Zigzag Graphene Nanoribbons: Chemistry and Magnetism Meet at the Edge
尽管石墨烯之字形边缘的非常规$π$磁性具有广泛的应用前景，但它是否以及在多大程度上在其化学中发挥作用仍然知之甚少。在这里，我们研究了添加氢原子$-$最简单的实验相关的吸附物$-$的锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs）。我们发现，$π$ -磁性管辖的ZGNRs的化学，引起一个网站依赖的碳原子的反应性和驱动氢化过程的纳米边缘。相反，化学吸附的氢原子控制ZGNR的$π$磁性，在反铁磁基态中充当自旋- $\frac{1}{2}$顺磁中心，并在能带极值处使载流子自旋极化。我们的研究结果建立了一个全面的图片之间的特殊相互作用的化学和磁性出现在锯齿形边缘的石墨烯。
2022-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin effects in thermoelectric properties of Al and P doped zigzag silicene nanoribbons
从理论上研究了掺Al和P杂质原子的硅烯纳米带在边缘磁矩反平行和平行取向下的电学和热电性质。在前一种情况下，适当排列的杂质可以导致净磁矩，从而也导致自旋热电效应。在后一种情况下，反过来，自旋热电效应也发生在不存在杂质的情况下。基于从头计算的数值结果表明，自旋热电势可以显着提高的杂质。
2014-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Noncollinear magnetism and half-metallicity in biased bilayer zigzag graphene nanoribbons
本文研究了锯齿形终端的偏压Bernal堆叠双层石墨烯纳米管的边缘极化及其后果。根据边缘极化之间的层间耦合和层内耦合对磁态进行了分类，并给出了掺杂对偏置电压的磁相图。发现了共面磁相，并研究了其磁结构随偏压的变化。对于所有的磁态，我们也讨论了半金属态的可能性，对于具有完美锯齿边缘的带，我们预测了七种半金属态，它们具有不同的磁结构和沿带的量子化电导。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional magnetic conduction channels across zigzag graphene nanoribbon/hexagonal boron nitride heterojunctions
本研究利用第一性原理和平均场Hubbard模型，揭示了之字形石墨烯纳米带/六方氮化硼异质结中由电荷转移引起的一维磁传导通道，并证明其自旋劈裂可受外场调控，为原子级薄自旋电子器件提供了平台。
2024-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bandgap engineering of zigzag graphene nanoribbons by manipulating edge states via defective boundaries
石墨烯纳米带（GNRs）在未来应用中的严重限制之一是锯齿形GNRs（ZGNRs）是无间隙的，因此不能用于场效应晶体管（FET）。本文利用紧束缚方法和第一性原理方法，推导并证明了具有缺陷边缘结构的ZGNR中显著带隙开放的一般边缘（边界）条件。所提出的半导体GNRs具有一些有趣的特性，包括它们可以嵌入并集成在一大块石墨烯中，而不需要完全切割它们。我们还展示了一种新型的高性能全ZGNR FET。
2011-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Complex edge effects in zigzag graphene nanoribbons due to hydrogen loading
我们进行了密度泛函计算，以及采用紧束缚理论，研究锯齿形石墨烯纳米带（ZGNR）的钝化氢的影响。我们发现，每个边缘C原子键合2个H原子打开了一个间隙，破坏磁性的纳米线的小宽度。然而，从8行和更厚的纳米带观察到的金属电子结构伴随着重入磁性。电子结构和磁性状态是相当复杂的这种类型的终端，与sp $^3$键合的边缘原子是非磁性的，而最近的相邻原子是金属和磁性。我们还评估了几种厚度的ZGNR的相稳定性，并证明了sp $^3$键合的边缘原子，与2 H原子在边缘，应该是稳定的温度和压力，这是在实验室环境中可达到的。
2010-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Applied electric field on zigzag graphene nanoribbons: reduction of spin stiffness and appearance of spiral spin density waves
我们研究了锯齿形石墨烯纳米带在铁磁和反铁磁边缘态下加电场时自旋刚度的降低和螺旋自旋密度波的出现。为此，我们利用广义布洛赫定理结合约束的方法，以保持在边缘的碳原子的磁矩的方向。我们发现铁磁组态的基态是不稳定的，导致螺旋基态，而反铁磁组态的基态是稳健的。我们还发现，自旋刚度在铁磁和反铁磁配置减少的电场的增加。因此，我们证明，不仅自旋刚度，而且Z字形石墨烯纳米带的基态可以通过电场控制。
2019-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impossibility of Increasing N$\acute{\textrm{e}}$el Temperature in Zigzag Graphene Nanoribbon by Electric Field and Carrier Doping
我们研究了反铁磁有序锯齿形石墨烯纳米晶中N-$\acute{\textrm{e}}$电致发光温度作为临界温度对电场和空穴-电子掺杂的依赖关系。在平均场近似下，通过平均布里渊区中的磁振子能量来计算温度。我们采用广义布洛赫定理代替超原胞方法来获得磁振子谱，从而大大减少了计算量。我们发现，当增加电场和空穴-电子掺杂时，N $\acute{\textrm{e}}$的el温度降低，因此这些处理不会提高N $\acute{\textrm{e}}$ el温度。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge reconstruction induces magnetic and metallic behavior in zigzag graphene nanoribbons
在密度泛函理论中，采用定域和扩展基近似，研究了锯齿形石墨烯纳米带在氢钝化条件下边缘重构为稳定的七元环和五元环的过程.两个边缘的重构导致铁磁金属基态，而一个边缘重构使系统稳定在铁磁金属基态。重构边抑制了原子的局域自旋密度，并在费米能级处贡献了有限的态密度。我们的研究为制造半导体石墨烯器件的金属电极铺平了一条新的道路，可以完全控制磁性行为，而引线和沟道之间没有任何晶格失配。
2009-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative differential spin conductance in doped zigzag graphene nanoribbons
在局域自旋密度近似下，采用非平衡格林函数方法结合密度泛函理论研究了锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs）中的自旋相关电荷输运.电流-电压曲线显示了对称和非对称ZGNR的不同行为，并且ZGNR边缘上的掺杂可以操纵自旋输运。在对称ZGNR的一边替代掺杂Be原子的特殊情况下，一个自旋电流表现出负微分电阻，而另一个则随偏压单调增加。这种性质可以用来设计自旋振荡器或其他自旋电子学器件。
2012-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of edge structures on elastic modulus and fracture of graphene nanoribbons under uniaxial tension
基于原子模拟，预测了单层石墨烯纳米带在准静态单轴拉伸下的非线性弹性性质，强调了边缘结构（扶手椅和锯齿形，无氢钝化和有氢钝化）的影响.原子模拟的结果解释热力学的理论框架内，这使得应变相关的边缘能量和氢吸附能的非线性函数的确定，锯齿形和扶手椅边缘。由于边缘效应的影响，石墨烯纳米带在无限小应变下的初始杨氏模量随边缘手性和带宽的变化而变化。此外，发现扶手椅型石墨烯纳米带的标称断裂应变比锯齿形带低得多。两种不同的断裂机制被确定，与锯齿形带和边缘控制的扶手椅带的非均质形核。氢钝化的边缘被发现有锯齿形石墨烯纳米带的机械性能的影响可以忽略不计，但其效果是更显着的扶手椅带。
2010-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Width-tuned magnetic order oscillation on zigzag edges of honeycomb nanoribbons
量子限制和干涉经常在纳米结构中产生奇异特性。最近的一个亮点是在约7 nm的临界带宽度处的带边缘的石墨烯纳米带中的磁性相变的实验指示[G. Z. Magda等人，Nature \textbf{514}，608（2014）]。在这里，我们从理论上表明，随着进一步增加的带的宽度，两个边缘的磁关联可以表现出一个有趣的反铁磁和铁磁之间的振荡行为，通过获得两个边缘之间的正相干性，以降低自由能。振荡效应在所施加的磁场中是容易调谐的。这些新的性质表明石墨烯纳米带中边缘磁性有序的新实验表现，并增强了在室温下工作的石墨烯类自旋电子纳米器件的希望。
2017-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative differential resistance and magnetoresistance in zigzag borophene nanoribbons
我们研究了不同宽度的原始边缘硼纳米带（ZBNR）的输运性质，使用拳头原理计算。我们选择宽度为5和6的ZBNR作为奇数和偶数宽度。发现了偶氮和奇氮BNR的量子输运性质的差异，其中偶氮BNR和奇氮BNR具有不同的电流-电压关系。5-ZBNR在一定的偏压范围内表现出负微分电阻（NDR），而6-ZBNR表现为金属的特性，其电流随偏压的增加而增加。当两个电极的磁化方向相反时，可以显示出36%的自旋过滤效应。此外，磁阻效应出现在偶数N的ZBNR，最大值可达70%。
2017-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable transmission due to defects in zigzag phosphorene nanoribbons
分析了两种杂质/空位存在下边态电子沿锯齿形磷烯纳米带的输运。考虑到缺陷的位置，检查了许多不同的情况。当这两个缺陷都位于锯齿形链的边缘时，正如所预期的那样，随着行进电子能量的改变，电导表现出共振行为。在这种情况下，对于两个空位，观察到的共振峰变得非常尖锐。当第二个空位位于扶手椅链上，而第一个空位位于边缘之字形和扶手椅链的交叉点时，可以看到一个惊人的行为。在这种情况下，在相当大的能量范围内，电导强烈加强。实际上，第二空位的存在在第一空位周围产生屏蔽区域，因此，行波绕过该区域并增强电导率。分析结果与数值模拟进行了比较，显示出非常好的协议。
2018-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crossover from Room-temperature Double-channel Ballistic Transport to Single-channel Ballistic Transport in Zigzag Graphene Nanoribbons
最近，已经明确证明，即使在室温下，锯齿形石墨烯纳米颗粒（GNR）也随着长度的增加而表现出从G 0到G 0/2的电导交叉（G 0 = 2 e2/h是电导的量子）[Baringhaus等人，Nature 506，349（2014）]。这样的结果令人困惑，因为以前的理论似乎都不符合实验观察。在这里，我们提出了一个模型来解释交叉从双通道到单通道弹道输运在曲折GNR。GNR边缘碳原子的sp3畸变在边缘原子上产生了较大的自旋-轨道耦合，增强了锯齿形GNR边缘态的自旋翻转散射。在充分的自旋翻转散射下，边缘态的波函数成为自旋向上和自旋向下分量的叠加。然后，两个边缘的耦合变得重要。这消除了锯齿形GNR中的边缘自由度，并导致电导随着长度的增加而从G 0演变为G 0/2。
2015-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The effect of electron-phonon interaction on the thermoelectric properties of defect zigzag nanoribbons
研究了具有周期性边缘空位和反点晶格的石墨烯纳米带的热电性能。在Hubbard-Holstein模型的框架下，采用Lang-Firsov幺正变换，考虑了电子-声子相互作用.计算了电子传输函数、热电势和热电优值。我们发现，电子-声子相互作用导致热电优值的峰值降低，峰位置向带隙中心移动。对于出现在具有周期性反点的结构中的次峰，该效应更为显著。
2016-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Magnetic Semiconductor Behavior Driven by Half-Filled One Dimensional Band in Zigzag Phosphorene Nanoribbons
通过密度泛函理论计算发现锯齿形磷烯纳米带具有反铁磁绝缘态。与其他一维系统相比，ZPNR的磁性表现出几个令人惊讶的特点：（i）磁矩在每个锯齿形边缘反平行排列;（ii）磁性能量相当稳定（约29 meV/磁离子），带隙很大（约0.7 eV）;（iii）适度的压缩应变将诱导磁性到磁性以及半导体到金属的转变。所有这些现象都是由于一种独特的机制而自然产生的，即半充满的一维带在π/2 α附近穿过费米能级引起的电子不稳定性。ZPNR独特的电子和磁性使其在纳米电子器件中具有巨大的应用潜力。
2014-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coupled spin states in armchair graphene nanoribbons with asymmetric zigzag edge extensions
本研究通过在扶手椅型石墨烯纳米带中引入不对称锯齿形边缘延伸构建子晶格不平衡结构，实现了可调的磁相互作用及铁磁自旋链，为碳基自旋电子器件制备提供了新途径。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermoelectric efficiency of zigzag bilayer phosphorene nanoribbon; edge states engineering
从理论上研究了锯齿型双层磷烯纳米带的热电性质。我们首先将SSH阶梯与ZBPNR边缘态类比，解析地得到了它们的能带结构和波函数。然后，通过应用能量过滤方法，我们表明，电功率和热电效率的ZBPNR可以显着提高中间隙边缘状态的存在。我们还讨论了如何通过在边界施加周期性点势来设计边缘模式，以进一步优化系统的热电功率和效率。
2022-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Giant magnetoresistance and spin Seebeck coefficient in zigzag a-graphyne nanoribbons
利用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法研究了铁磁石墨-石墨纳米带（ZGNRs）的自旋相关的电学和热电性质.在原始的均匀宽度ZGNRs中获得巨磁阻，并且可以高达10e6%。然而，对于掺杂的系统，大的磁阻行为可能出现在奇数宽度的ZGNR而不是偶数宽度的。这表明ZGNR边缘的掺杂可以在很宽的范围内操纵磁阻。另一个有趣的现象是，在B和N掺杂的均匀宽度ZGNR的自旋塞贝克系数总是大于电荷塞贝克系数，和纯自旋电流热自旋器件可以在特定的温度下实现。
2014-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge currents and nanopore arrays in zigzag and chiral graphene nanoribbons as a route toward high-$ZT$ thermoelectrics
我们分析了电子和声子的量子输运通过锯齿形或手性石墨烯纳米带（GNRs）与纳米孔阵列穿孔。由于这些GNR中的局部电荷电流分布在其边缘周围达到峰值，因此在其内部钻纳米孔不会影响这种边缘电荷电流，同时大大减少了足够长的线中声子携带的热流。这两种效应的组合可以产生高效的热电器件，其在液氮温度下具有最大的$ZT \simeq 11$，并且在室温下具有最大的$ZT \simeq 4$，在$\sim 1$ $μ$ m长的锯齿形GNR中实现，所述GNR具有可变直径的纳米孔和它们之间的间距。我们的分析是基于$π$ -轨道紧束缚哈密顿量的电子子系统的第三最近邻跳跃，声子子系统的经验第四最近邻模型，和非平衡格林函数形式主义来研究这两个模型中的量子输运。
2012-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Half Metallicity along the Edge of Boron Nitride Zigzag Nanoribbons
第一性原理计算表明，钝化B边缘的锯齿形BN纳米带具有半金属性，费米能级处100%自旋极化，半金属带隙0.38 eV，是宽禁带自旋电子学的潜在候选材料。
2008-04-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Zigzag graphene nanoribbons without inversion symmetry
衬底上的石墨烯将遭受反转对称性破缺（ISB）晶格势。在考虑电子-电子相互作用的情况下，研究了无反转对称性的锯齿形石墨烯纳米带出现半金属性和非共线磁性相的可能性.在半填充时，由于与电子-电子相互作用的竞争，半金属态（HM）可以在ISB势的中间值处实现。远离半填充，在不同的带宽度的掺杂与ISB电位的相图，其中HM状态和NC磁状态的制度清楚地指示和讨论。对于具有完美边缘的带，我们预测了具有不同磁结构的两个HM状态之间的拓扑转变，这是伴随着沿带的电导从$2e^2/h$到$e^2/h$的突然转变。
2011-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interference of Topologically Protected Edge States in Silicene Nanoribbons
硅烯是一种二维量子自旋霍尔绝缘体。我们从拓扑保护和两个边缘之间干涉的角度研究了硅烯纳米带的边缘通道。研究发现，扶手椅形和锯齿形边缘的螺旋边缘通道（HEC）的行为是完全不同的。HEC的穿透深度$ξ$与扶手椅边缘$ξ_{\rm arm} \sim \hbar v_\text{F}/ Δ$的自旋-轨道能隙成反比（$v_\text{F}$：费米速度，$Δ$：由于自旋-轨道相互作用而产生的能隙），而它保持与锯齿形边缘的晶格常数一样短。由于两个边缘态的干涉，扶手椅型纳米带中的零能态消失，而即使宽度$W$很窄，它们仍然保持在锯齿型纳米带中。对于扶手椅型纳米带，HEC的间隙$δ$表现为$Δ=0$的$δ\sim \hbar v_\text{F}/W$，以及$δ\sim Δ\exp[- W/ξ_{\rm arm}]$的$Δ\not=0$的$δ\sim Δ\exp[- W/ξ_{\rm arm}]$，而对于锯齿型纳米带，其基本上保持为零而与$Δ$无关。
2013-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
