文章目录

摘要

Abstract

专用术语注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 自旋电子学

1.3 新型材料研究

    1.3.1 二维纳米材料石墨烯

    1.3.2 过渡金属硫化物

    1.3.3 常见拓扑材料

    1.3.4 磁孤子材料

    1.3.5 异质结

1.4 斯格明子

1.5 国内外对拓扑绝缘子/铁磁异质结构存储器的最新研究

1.6 论文的主要工作和创新

1.7 论文的结构

第二章 基本理论与计算方法

2.1 引言

2.2 密度泛函(Density functional theory)

2.3 非平衡格林函数

2.4 LLG方程

2.5 自旋轨道矩和自旋转移矩

    2.5.1 自旋转移矩(STT)

    2.5.2 自旋轨道矩(SOT)

    2.5.3 STT-SOT混合扭矩模型

2.6 DMI效应

2.7 仿真软件介绍

    2.7.1 Materials Studio软件介绍

    2.7.2 VASP软件介绍

    2.7.3 Quantum ESPRESSO软件介绍

    2.7.4 OOMMF软件介绍

2.8 本章小结

第三章 拓扑材料与过渡金属硫化物电子结构

3.1 引言

3.2 Bi系材料能带、态密度计算

    3.2.1 Bi_2Se_3能带和态密度计算

    3.2.2 Bi_2Te_3能带和态密度计算

    3.2.3 Bi_2S_3能带和态密度计算

3.3 其他一些材料能带、态密度计算

    3.3.1 Sb_2Te_3能带和态密度计算

    3.3.2 MoSe_2能带和态密度计算

3.4 本章小结

第四章 磁性异质材料研究

4.1 材料各向异性能

    4.1.1 各向异性能介绍

4.2 MRAM存储器与磁矩翻转

4.3 磁性异质材料磁矩翻转研究

    4.3.1 SOT脉冲电流对磁矩分量的影响

    4.3.2 铁磁层各向异性对磁矩分量的影响

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间申请的专利

致谢

文章摘要:各种材料诸如二维纳米材料、过渡金属化合物等,它们的电子结构特性决定了它们的应用前景。本论文以第一性原理为基础,对一些材料的电子结构与其构建的器件电学特性进行了计算与分析,主要工作如下:（1）基于第一性原理,采用VASP软件仿真计算了数种材料的电子结构,包括能带和态密度,并分析了相关材料的带结构与费米能级的关系,其中带隙最小的是Sb2Te3,仅为0.16e V,这样更有利于电子的传导。三种Bi系材料都是只有一个狄拉克锥的三维拓扑绝缘体。Bi2Se3、Bi2Te3和Sb2Te3有着直接带隙半导体的特征。另外Sb2Te3表面态具有很强的抗外界干扰能力,即使体系中存在一定的缺陷、杂质等因素,表面态也能保持很好。（2）基于LLG模型,使用OOMMF软件,研究了Co Fe B/Bi2Te3材料异质结构的动力学特性。通过分析磁矩分布得出,在加入自旋轨道SOT写脉冲电流后,垂直磁隧道结的翻转速度和能耗都会有明显的提高。（3）进一步考察磁性材料各向异性常数,对磁矩分布及翻转特性的影响。研究表明,各向异性常数较大时,垂直磁矩分量幅度降低较快。另外,通过改变SOT写脉冲电流,可以调整在STT写脉冲电流阈值的幅度和持续时间,还可以进一步降低功耗。

文章关键词:

论文DOI:10.27251/d.cnki.gnjdc.2021.000757

论文分类号:TP333