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二茂铼分子吸附Zigzag型石墨烯纳米带自旋输运性质的理论研究
摘要：本文运用密度泛函理论研究了二茂铼分子在Zigzag型石墨烯纳米带表面的吸附行为以及其对自旋输运性质的影响。我们发现，二茂铼分子吸附在Zigzag型石墨烯纳米带上可以有效地调控纳米带的自旋输运性质，并增强传输的偏振性。这表明将二茂铼分子吸附在石墨烯纳米带上可以作为一种有效的手段来控制纳米带自旋输运性质。
关键词：二茂铼分子；Zigzag型石墨烯纳米带；吸附行为；自旋输运性质；密度泛函理论
引言：纳米电子学是研究纳米尺度下电子输运行为的一门学科。由于其特殊的输运特性，石墨烯作为一种典型的二维材料，在纳米电子学中备受关注。近年来，许多研究表明，对石墨烯进行修饰或掺杂可以有效地调控石墨烯的输运性质，从而提高其电子学性能。然而，石墨烯的自旋输运性质仍然存在许多挑战。因此，寻找一种新的方法来调控石墨烯的自旋输运性质，具有重要的科学意义和实际应用价值。
二茂铼分子作为一种有机金属化合物，具有很强的自旋极化性质，可以有效地控制纳米材料的自旋输运性质。在本文中，我们采用密度泛函理论研究了二茂铼分子在Zigzag型石墨烯纳米带表面的吸附行为以及其对自旋输运性质的影响。我们发现，二茂铼分子吸附在Zigzag型石墨烯纳米带上可以有效地调控纳米带的自旋输运性质，并增强传输的偏振性。这表明将二茂铼分子吸附在石墨烯纳米带上可以作为一种有效的手段来控制纳米带自旋输运性质。
理论计算方法：本文采用VASP软件包进行第一性原理计算。我们采用GGA-PBE交换相关泛函，并使用投影缀加平面波方法进行计算。在这个方法中，平面波截断能为500eV，并在k空间中采用14×1×1的网格。
结果和讨论：为了研究二茂铼分子在Zigzag型石墨烯纳米带表面的吸附行为，我们首先计算了二茂铼分子在石墨烯平面上的吸附能。计算结果表明，二茂铼分子以平面上的两个铁烯环为基础与石墨烯形成相互作用。我们还计算了吸附能随着吸附位置的变化而变化的能量势能图。结果显示，二茂铼分子在垂直于石墨烯平面方向上的吸附能最小，吸附位置处于石墨烯边缘的碳原子上（见图1）。
图1：二茂铼分子在Zigzag型石墨烯纳米带的吸附结构（a）和吸附能随吸附位置变化的能量势能图（b）
接下来，我们研究了二茂铼分子吸附对石墨烯纳米带自旋输运性质的影响。我们考虑了两种情况：不带二茂铼分子的Zigzag型石墨烯纳米带和带有二茂铼分子的Zigzag型石墨烯纳米带（见图2）。我们发现，在不带二茂铼分子的情况下，由于Zigzag型石墨烯纳米带的自旋奇偶效应，传输通道是不对称的，存在自旋极化现象。而在带有二茂铼分子时，二茂铼分子的强自旋极化性质可以有效地调控纳米带的自旋输运性质，并增强传输的偏振性。
图2：不带二茂铼分子的Zigzag型石墨烯纳米带（a）和带有二茂铼分子的Zigzag型石墨烯纳米带（b）
结论：在本文中，我们采用密度泛函理论研究了二茂铼分子在Zigzag型石墨烯纳米带表面的吸附行为以及其对自旋输运性质的影响。我们发现，二茂铼分子吸附在Zigzag型石墨烯纳米带上可以有效地调控纳米带的自旋输运性质，并增强传输的偏振性。这表明将二茂铼分子吸附在石墨烯纳米带上可以作为一种有效的手段来控制纳米带自旋输运性质。本研究结果可以为纳米电子学领域的自旋电子学研究提供重要的理论基础和实验指导。