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共价键连接的石墨烯纳米带(6zGNR)侧附卟啉分子
发布时间:2020-12-03     作者:axc   分享到:

卟啉分子通过共价键附在石墨烯上,形成几种不同的异向构型,这些结构受石墨烯边缘的局部结构和卟啉键合作用的影响,包括不同数量的 β 和耦合位置。当卟啉分子附着在 GNRs 上时,保持了它的磁性,这使得该系统成为一种理想的电极材料,实现了这种电子器件的实用化,能够有效地调节卟啉基分子的电子和磁性质。

  通过不同的 β 和中间连接,将典型卟啉分子侧附在 6zGNR 上,利用原理计算它的电子和自旋极化输运特性。与原始的 zGNRs 相比,porphine/6zGNRs 表现了所有耦合的 FM 基态。

  在此实验过程中我们发现1.卟啉与 6zGNR 的杂化干扰了石墨烯晶格对称性,导致自旋挫折,2.卟啉分子在传输函数中引入了 Fano 反共振,其能量位置取决于耦合的类型。同时,我们还探讨了栅电压下,这些 Fano 反共振的相关性,目的是控制零偏压下的自旋极化输运。结果表明,该自旋滤波器的自旋极化率接近98%。在低偏压下,由卟啉分子诱导的 Fano 反共振,显示出负微分电阻现象。随着电压的升高,自旋电流急剧增加。

图文导读:

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图1 (a) 双电极器件示意图,其中卟啉分子附着在 6zGNR 上,β-(红色圆)meso -(粉红色圆)位置表明两个主要耦合点。(b) β-,β- (M1), (c) β-,β- (M2), (d) β-, meso-,β- (M3) (e)β-,β-, meso-,β- (M4) 卟啉分子连接的示意图。M1 M2 的结构因卟啉环中间H原子的排列而不同。A B 代表纳米带中,不同的 A/B 亚晶格碳原子,其数(1.11)代表了卟啉上的原子。H 原子的颜色是白色,N 原子的颜色是蓝色,C 原子的颜色是黑色。

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图2 (a-d) M1、M2M3 M4 的自旋密度等值图。注意,不同的耦合改变了卟啉分子中磁有序和强度值。蓝色和红色对应于自旋向上和自旋向下。

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图3 (a-d)分别用于 M1M2M3 M4 系统的自旋极化能带结构(左图)和投影态密度 (PDOS) (右图)Porphine 对每个系统的作用,对应于 PDOS 中的阴影区域。虚线/实线表示自旋向上/向下。

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图4 器件中 6zGNR porphirin 分子处的自旋极化透射谱(顶板)和投影态密度 (PDOS)(ab)M1(cd)M2(ef)M3 (gh)M4(i) EF 周围选定负峰对应的散射态波函数。蓝色/红色曲线对应于自旋向上/自旋-向下。

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图5  (a,b)M1,(c,d)M2(e,f)M3 (g,h)M4 系统在栅电压作用下的自旋极化透射谱。(i-l)Fano 反共振能量的位置,以及自旋滤波器效率 (SFE) 与栅电压 (Vg) 的函数关系。蓝/红线对应于自旋向上/自旋-向下。

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图6  (a)M1,(b)M2(c)M3 (d)M4 连接的自旋极化 I-V 特性。蓝线和红线分别表示自旋向上和自旋向下。

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图7 (a,bc)V=0.30.41.0V下,M1系统的自旋极化透射谱。(d),在偏压范围内,透射谱上 (III) 和偏压外V=0.3V(Iii) 的散射态。垂直虚线表示偏压大小。虚线蓝色(实心红)线对应自旋朝上(自旋朝下)


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