一種產生自旋塞貝克效應的制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種產生自旋塞貝克效應的制備工藝。
【背景技術】
[0002] 隨著傳統能源的過度開發與利用，當今世界能源越來越短缺，尋找與開發新的可 持續發展的綠色能源，成為了人們研究的一個重點。其中一種有效的綠色能源就是熱能，熱 能的開發與利用主要需要依賴于熱電材料。熱電材料反映了熱（即溫差）與電荷輸運（即電 流)之間的關系，能利用溫差產生電流。
[0003] 熱激發自旋電子學，結合了熱電子學與自旋電子學的優勢，主要致力于研究熱與 自旋輸運之間的關系，它能夠解決因為器件小型化所帶來的散熱問題，并且能夠利用溫差， 產生和控制自旋流，能夠用于構造新型低能耗器件，引起了人們廣泛的關注。熱激發自旋電 子學中一個重要的發現就是Uchida等人發現的自旋塞貝克效應，即不需要外加偏壓，只需 要一定的溫差，能夠產生方向相反的自旋極化的電流。這個重要的發現引起了人們的廣泛 關注，研究人員開始尋找能產生自旋塞貝克效應的新材料，極大地推動了熱激發自旋電子 學的發展。
[0004] 由于石墨烯中較高的載流子迀移率，石墨烯的輸運性質一直備受關注。目前已經 有許多小組成功構造出基于GNR的電子器件，比如自旋過濾、自旋閥和巨磁阻器件等等，但 是大多數研究都需要外加偏壓，也就是研究偏壓對電流和自旋流的影響。最近，Zeng等人發 現，zigzag邊緣的石墨稀納米帶和異質結中，通過在源極和漏極施加一定的溫差，能夠產生 熱致自旋極化的電流。他們的研究結果指出建立基于石墨烯納米帶的熱激發自旋電子學器 件的可能性，這引起了我們極大的興趣。于是尋找石墨烯納米帶中更好的熱激發自旋電子 學性質，成為了我們的研究目的之一。
[0005] 對于zigzag邊緣的石墨稀納米帶，其邊緣的碳有懸掛鍵存在，需要用原子或者基 團進行鈍化。一種常用的鈍化方式是使用氫原子來鈍化，因為制備石墨烯納米帶的反應過 程常常存在于含氫的氣體環境中，因此通過調節氫氣氣體的溫度和壓強，能夠改變氫的化 學勢，從而控制邊緣碳的懸掛鍵與氫原子的成鍵形式。邊緣的碳與氫原子有兩種不同的成 鍵和雜化方式，一種是碳與一個氫原子相連接，即單氫鈍化(ZGNR-H)，此時的碳原子是SP 2 雜化的；還有一種是與兩個氫原子相連接，即雙氫鈍化(ZGNR-H2)，此時的碳原子是SP3雜化 的。因此，我們考慮這樣一種異質結構，即由ZGNR-H和ZGNR-H 2組成的異質結，如圖1所示，其 主體為寬度為8-ZGNR的納米帶，左邊邊緣的碳原子只連接了一個氫原子，由于此時是SP 2雜 化，氫原子與碳原子在同一平面上，并且C-H鍵與C-C鍵夾角為120度;右邊邊緣的碳原子連 接了兩個氫原子，由于此時是SP 3雜化，兩個氫原子與碳并不位于一個平面，而是分列于平 面上下。
[0006] 這種簡單的異質結構，不需要精確的摻雜，在實驗上比較容易控制，非常有希望真 正實現制備生產。之前對這種類型異質結的研究很少，Jing Zeng等人研究過此異質結的偏 壓影響的輸運性質，發現它有很好的自旋過濾和整流效應，但是從來沒有人研究過它的熱 激發自旋電子學效應，所以我們的研究就更加有意義。
[0007] 因此，現有工藝方法落后，需要改進。
【發明內容】
[0008] 本發明的技術方案如下:一種產生自旋塞貝克效應的制備工藝，包括以下步驟：
[0009] 第一步：構建石墨烯納米帶異質結:我們考慮這樣一種異質結構，即由ZGNR-H和 ZGNR-H2組成的異質結，其主體為寬度為8-ZGNR的納米帶，左邊邊緣的碳原子只連接了一個 氫原子，右邊邊緣的碳原子連接了兩個氫原子；
[0010] 第二步：在異質結左右電極施加溫差：在上述異質結左右電極上給定不同的初始 溫度，分別為TL和TR，并且始終保證左電極溫度T L大于右電極溫度TR，其溫差為ΔΤ，β卩：ΔΤ = Tl~Tr；
[0011] 第三步：測量電流和電流的自旋極化:在不同的溫度和溫差下測量并畫出自旋極 化的電流隨著?1和△ T的變化曲線，電流的自旋極化率隨著??和△ T的變化曲線；
[0012] 第四步:交換左右電極的溫度（即△ 1X0，）和翻轉磁場的方向：計算并繪制在此兩 種構型時的自旋極化電流曲線；
[0013] 第五步:通過對第三步和第四步的分析和比較，獲得具有明顯自旋塞貝克效應的 異質結。
【附圖說明】
[0014] 圖1基于ZGNR-H/ZGNR-H2異質結納米帶的熱激發自旋電子學器件示意圖；
[0015] 圖2熱致自旋極化的電流隨著(a)IY和（c )△ T的變化曲線電流的自旋極化率隨著 (b)TL和(d)AT的變化曲線；
[0016] 圖3熱激發電流曲線(a) ΔΤ為負(b)磁場反向；
[0017]圖4本發明工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0018] 為了便于理解本發明，下面結合附圖和具體實施例，對本發明進行更詳細的說明。 本說明書及其附圖中給出了本發明的較佳的實施例，但是，本發明可以以許多不同的形式 來實現，并不限于本說明書所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明 的公開內容的理解更加透徹全面。
[0019] 需要說明的是，當某一元件固定于另一個元件，包括將該元件直接固定于該另一 個元件，或者將該元件通過至少一個居中的其它元件固定于該另一個元件。當一個元件連 接另一個元件，包括將該元件直接連接到該另一個元件，或者將該元件通過至少一個居中 的其它元件連接到該另一個元件。
[0020] -種產生自旋塞貝克效應的制備工藝，包括以下步驟：
[0021] 第一步：構建石墨烯納米帶異質結:我們考慮這樣一種異質結構，即由ZGNR-H和 ZGNR-H2組成的異質結，其主體為寬度為8-ZGNR的納米帶，左邊邊緣的碳原子只連接了一個 氫原子，右邊邊緣的碳原子連接了兩個氫原子；
[0022] 第二步：在異質結左右電極施加溫差：在上述異質結左右電極上給定不同的初始 溫度，分別為Tl和TR，并且始終保證左電極溫度TL大于右電極溫度TR，其溫差為ΔΤ，Β卩：ΔΤ = Tl~Tr；
[0023] 第三步：測量電流和電流的自旋極化:在不同的溫度和溫差下測量并畫出自旋極 化的電流隨著?1和△ T的變化曲線，電流的自旋極化率隨著??和△ T的變化曲線；
[0024] 第四步:交換左右電極的溫度（即△ 1X0，）和翻轉磁場的方向：計算并繪制在此兩 種構型時的自旋極化電流曲線；
[0025]第五步:通過對第三步和第四步的分析和比較，獲得具有明顯自旋塞貝克效應的 異質結。
[0026] 我們的計算是基于第一性原理的方法，使用的是ATOMISTIX TOOLKIT(ATK)軟件 包。芯電子選用的是標準規范守恒(Norm-Conserving)，交換關聯函數選取的是局域密度近 似 LDA(local density approximation)。我們使用GGA(Generalized 8瓜(1161^3口口1'(?；[1]^1：；[011)近似也做了相應的計算，發現其結果與1^^類似，但1^^的收斂時 間較快，節約計算資源和時間。我們選用了單極化的基組(SZP)，截斷能為150Ry，在x、y和z 方向的k點取樣分別為1、1和100,這些取樣足夠收斂計算結果。哈密頓、電子密度和能帶結 構的收斂標準都為10_4,用于飽和未氫化石墨烯納米帶邊緣的氫原子被充分弛豫，只到原子 間的作用力小于0.05 eV7A。
[0027] 對于單氫鈍化的石墨烯(ZGNR-H)，眾多研究表明，其基態為反鐵磁絕緣態，兩邊緣 為自旋極化的反鐵磁耦合，它在一個有效的磁場中能夠被磁化，其邊緣變成自旋極化的鐵 磁性排列。這一結果