ترابرد الکتریکی وابسته به اسپین در نانو نوارهای گرافینی و نانو لوله کربنی

در این رساله رسانش الکترونی وابسته به اسپین در نانو ساختارهای پایه کربنی در چارچوب فرمولبندی ترابرد همدوس لاندائور و با استفاده از هامیلتونی بستگی قوی تک باندی و چند باندی، توابع گرین سطحی و ماتریس های انتقال بررسی و محاسبه می شود. ویژگی های مغناطیسی مورد بررسی، ناشی از خواص مغناطیسی تهی جای ها، اتمهای مغناطیسی ناخالصی و میدانهای خارجی است. بعلاوه خواص مغناطیسی نانو دیسک ها و نانو نوار های گرافینی با لبه های زیگزاگ و آرمچیر نیز مورد مطالعه قرار گرفته اند. هامیلتونی در برگیرنده این اثرات از مدل هابارد و مدل تنگ بست وابسته به اسپین به دست می آید و با روش حل خود سازگار و تقریب هارتری-فاک غیرمحدود محاسبه می شود. اثرات مغناطیسی و میدانهای خارجی در ترکیبات پایه کربنی، جریان هایی با قطبیدگی اسپینی و مقاومت مغناطیسی بالا ایجاد می نمایند. با استفاده از اثرات مربوط به اتم های مغناطیسی و ممان های مغناطیسی جایگزیده حاصل از تهی جای ها و لبه های مغناطیسی و درنظر گرفتن قضیه لایب، و اتصالات مغناطیسی می توان نانوساختارهای جدیدی را با خواص نیم رسانایی و یا فلزی برای تولید جریان هایی با اسپین، قطبیدگی بالا طراحی نمود. در ادامه برخی از دستاوردهای مهم رساله با ذکر جزئیات آن ذکر می شود. اول؛ با استفاده از نانو نوارهای آرمچیری با طراحی خاصِ کانال در ترانزیستورهای اثر میدانی نشان دادیم که بدون استفاده از میدان های مغناطیسی خارجی و اتم های مغناطیسی تنها با طراحی در نانو نوارهای آرمچیری ممان های مغناطیسیِ پایدار و جریان هایی با قطبیدگی بالا ایجاد می شوند. جریان های عبوری از این نوع فیلترهای اسپینی حساسیت بالایی را به ممان های جایگزیده و لبه-های زیگزاگ نشان می دهند و با اعمال ولتاژ الکتریکی می توان جریان های عبوری از کانال را کنترل و قطبیدگیی بیش از %90 ایجاد نمود. دوم؛ انتقال همدوس وابسته به اسپین الکترون در (نانولوله کربنی/ نانولوله کربنی دارای نقص/ نانولوله کربنی) نشان می دهد که تفاوت قابل ملاحظه ای در خواص الکترونی و ترابردی سیستم ذکر شده با یک نانولوله بدون نقص با در نظر گرفتن اثرات نقص های تهی جای وجود دارد. در نظر گرفتن آثار مغناطیسی مربوط به اختلال تهی جای سبب شکافتگی بین دو زیر نوار اسپینی الکترون می شود. با انتخاب مناسب پتانسیل های الکتریکی روی کانال و الکترودها می توان شدت های قطبیدگی جریان های اسپینی را کنترل کرد. سوم؛ اتصال نانو دیسک با طرح ها و لبه های مختلف آرمچیر و زیگزاگی نشان می دهد که ممان های مغناطیسی لبه ها در نانو دیسک با لبه زیگزاگی شکل، به صورت آنتی فرو مغناطیس با اتصالات فرومغناطیسی آهن جفت می شوند حضور اتصالات آهنی حالت های الکترونی ومغناطیسی نانو دیسک ها را در لبه های زیگزاگ و آرمچیری تغییر می دهد، و سبب ایجاد مغناطش در لبه های دیسک می گردد. علاوه بر آن مقاومت مغناطیسی بالایی در انواع مختلف نانو دیسک گرافینی ایجاد می شود که در انرژی های پایین تغییرات شدیدی را بر حسب ولتاژ و تغییر مغناطش های لبه ای نشان می دهند. چهارم؛ با اتصال نانو دیسک گرافینی با لبه های زیگزاگی به الکترودهای مغناطیسی و غیر مغناطیسی، دیسکِ گرافینی همانند یک فیلتر اسپینی عمل می کند و جریان هایی با قطبیدگی بالا را ایجاد می نماید. نهایتاً؛ با استفاده از نانو نوار زیگزاگی گرافین و اعمال میدان الکتریکی و مغناطیسی در قسمت کوچکی از نوار به عنوان کانال، جریان های اسپین قطبیده ایجاد کرده ایم. اعمال میدان الکتریکی و مغناطیسی در قسمت بسیار کوچکی از نانونوار زیگزاگی به عنوان کانال جریان های اسپین قطبیده با قطبش بالا ایجاد می نماید. اتصال طراحی شده در برخی از انرژی ها حتی با وجود نقص های شبکه ای و نواقص مغناطیسی همانند یک اسپین فیلتر با قطبیدگی کامل عمل می کند.