With nonequilibrium Green’s function approach combined with density functional theory, we perform an ab initio calculation to investigate transport properties of graphene nanoribbon (GNR) junctions self-consistently. Tight-binding approximation is applied to model the zigzag (ZGNR) electrodes, and its validity is confirmed in comparison to the GAUSSIAN03 periodic boundary condition calculation result of the same system. The origin of abnormal jump points usually appearing in the transmission spectrum is explained with the detailed tight-binding ZGNR band structure. Transport property of an edge-defect ZGNR junction is investigated, and the tunable tunneling current can be sensitively controlled by transverse electric fields.

1.
M. A.
Reed
and
J. M.
Tour
,
Sci. Am.
282
,
86
(
2000
).
2.
M. A.
Reed
,
C.
Zhou
,
C. J.
Muller
,
T. P.
Burgin
, and
J. M.
Tour
,
Science
278
,
252
(
1997
).
3.
J.
Chen
,
M. A.
Reed
,
A. M.
Rawlett
, and
J. M.
Tour
,
Science
286
,
1550
(
1999
).
4.
M.
Di Ventra
,
S. T.
Pantelides
, and
N. D.
Lang
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
979
(
2000
).
5.
F.
Jiang
,
Y. X.
Zhou
,
H.
Chen
,
R.
Note
,
H.
Mizuseki
, and
Y.
Kawazoe
,
Phys. Lett. A
359
,
487
(
2006
).
6.
Y. Y.
Liang
,
F.
Jiang
,
Y. X.
Zhou
,
H.
Chen
,
R.
Note
,
H.
Mizuseki
, and
Y.
Kawazoe
,
J. Chem. Phys.
127
,
084107
(
2007
).
7.
Y. Y.
Liang
,
Y. X.
Zhou
,
H.
Chen
,
R.
Note
,
H.
Mizuseki
, and
Y.
Kawazoe
,
J. Chem. Phys.
129
,
024901
(
2008
).
8.
Y. X.
Zhou
,
F.
Jiang
,
H.
Chen
,
R.
Note
,
H.
Mizuseki
, and
Y.
Kawazoe
,
J. Chem. Phys.
128
,
044704
(
2008
).
9.
H.
Chen
,
J. Q.
Lu
,
J.
Wu
,
R.
Note
,
H.
Mizuseki
, and
Y.
Kawazoe
,
Phys. Rev. B
67
,
113408
(
2003
).
10.
R. H.
Baughman
,
A. A.
Zakhidov
, and
W. A.
de Heer
,
Science
297
,
787
(
2002
).
11.
S.
Datta
,
Quantum Transport: Atom to Transistor
(
Cambridge University Press
,
Cambridge
,
2005
).
12.
A. K.
Geim
and
K. S.
Novoselov
,
Nature Mater.
6
,
183
(
2007
).
13.
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
M. I.
Katsnelson
,
I. V.
Grigorieva
,
S. V.
Dubonos
, and
A. A.
Firsov
,
Nature (London)
438
,
197
(
2005
).
14.
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
S. V.
Dubonos
,
I. V.
Grigorieva
, and
A. A.
Firsov
,
Science
306
,
666
(
2004
).
15.
Y.
Zhang
,
Y. W.
Tan
,
H. L.
Stormer
, and
P.
Kim
,
Nature (London)
438
,
201
(
2005
).
16.
M. C.
Lemme
,
T. J.
Echtermeyer
,
M.
Baus
, and
H.
Kurz
,
IEEE Electron Device Lett.
28
,
282
(
2007
).
17.
R. M.
Westervelt
,
Science
320
,
324
(
2008
).
18.
K.
Nakada
,
M.
Fujita
,
G.
Dresselhaus
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Phys. Rev. B
54
,
17954
(
1996
).
19.
M.
Remeika
and
A.
Bezryadin
,
Nanotechnology
16
,
1172
(
2005
).
20.
M. Y.
Han
,
B.
Özyilmaz
,
Y.
Zhang
, and
P.
Kim
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
206805
(
2007
).
21.
Y.
Son
,
M. L.
Cohen
, and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
216803
(
2006
).
22.
Y.
Son
,
M. L.
Cohen
, and
S. G.
Louie
,
Nature (London)
444
,
347
(
2006
).
23.
V.
Barone
,
O.
Hod
, and
G. E.
Scuseria
,
Nano Lett.
6
,
2748
(
2006
).
24.
Z.
Chen
,
Y. -M.
Lin
,
M. J.
Rooks
, and
P.
Avouris
,
Physica E (Amsterdam)
40
,
228
(
2007
).
25.
X.
Wang
,
Y.
Ouyang
,
X.
Li
,
H.
Wang
,
J.
Guo
, and
H.
Dai
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
206803
(
2008
).
26.
X.
Li
,
X.
Wang
,
L.
Zhang
,
S.
Lee
, and
H.
Dai
,
Science
319
,
1229
(
2008
).
27.
Y.
Xue
,
S.
Datta
, and
M. A.
Ratner
,
Chem. Phys.
281
,
151
(
2002
).
28.
S.
Datta
,
Superlattices Microstruct.
28
,
253
(
2000
).
29.
Y.
Xue
and
M. A.
Ratner
,
Phys. Rev. B
68
,
115406
(
2003
).
30.
J.
Taylor
,
H.
Guo
, and
J.
Wang
,
Phys. Rev. B
63
,
245407
(
2001
).
31.
M.
Brandbyge
,
J.
Mozos
,
P.
Ordejón
,
J.
Taylor
, and
K.
Stokbro
,
Phys. Rev. B
65
,
165401
(
2002
).
32.
L. A.
Agapito
and
H. P.
Cheng
,
J. Phys. Chem. C
111
,
14266
(
2007
).
33.
G.
Fiori
and
G.
Iannaccone
,
IEEE Electron Device Lett.
28
,
760
(
2007
).
34.
T. B.
Martins
,
R. H.
Miwa
,
A. J. R.
da Silva
, and
A.
Fazzio
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
196803
(
2007
).
35.
G.
Liang
,
N.
Neophytou
,
M. S.
Lundstrom
, and
D. E.
Nikonov
,
Nano Lett.
8
,
1819
(
2008
).
36.
G.
Liang
,
N.
Neophytou
,
M. S.
Lundstrom
, and
D. E.
Nikonov
,
J. Appl. Phys.
102
,
054307
(
2007
).
37.
N.
Gorjizadeh
,
A. A.
Farajian
, and
Y.
Kawazoe
,
Nanotechnology
20
,
015201
(
2009
).
38.
Q.
Yan
,
B.
Huang
,
J.
Yu
,
F.
Zheng
,
J.
Zang
,
J.
Wu
,
B.
Gu
,
F.
Liu
, and
W.
Duan
,
Nano Lett.
7
,
1469
(
2007
).
39.
Z. F.
Wang
,
Q.
Li
,
Q. W.
Shi
,
X. P.
Wang
,
J. G.
Hou
,
H. X.
Zheng
, and
J.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
133119
(
2008
).
40.
Z.
Li
,
H.
Qian
,
J.
Wu
,
B.
Gu
, and
W.
Duan
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
206802
(
2008
).
41.
M.
Topsakal
,
E.
Aktürk
,
H.
Sevinçli
, and
S.
Ciraci
,
Phys. Rev. B
78
,
235435
(
2008
).
42.
M. W.
Schmidt
,
K. K.
Baldridge
,
J. A.
Boatz
,
S. T.
Elbert
,
M. S.
Gordon
,
J. H.
Jensen
,
S.
Koseki
,
N.
Matsunaga
,
K. A.
Nguyen
,
S. J.
Su
,
T. L.
Windus
,
M.
Dupuis
, and
J. A.
Montgomery
,
J. Comput. Chem.
14
,
1347
(
1993
).
43.
M. S.
Gordon
and
M. W.
Schmidt
, in
Theory and Applications of Computational Chemistry: The First Forty Years
, edited by
C. E.
Dykstra
,
G.
Frenking
,
K. S.
Kim
, and
G. E.
Scuseria
(
Elsevier
,
Amsterdam
,
2005
), pp.
1167
1189
.
44.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H.
Schlegel
 et al, GAUSSIAN03, Revision D.01, Gaussian, Inc., Wallingford, CT,
2004
.
45.
A. D.
Becke
,
Phys. Rev. A
38
,
3098
(
1988
).
46.
C.
Lee
,
W.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B
37
,
785
(
1988
).
47.
E. J.
Mele
and
J. D.
Joannopoulos
,
Phys. Rev. B
17
,
1816
(
1978
).
48.
R.
Landauer
,
IBM J. Res. Dev.
1
,
233
(
1957
).
49.
W. J.
Stevens
,
H.
Basch
, and
M.
Krauss
,
J. Chem. Phys.
81
,
6026
(
1984
).
50.
J. P.
Perdew
and
Y.
Wang
,
Phys. Rev. B
45
,
13244
(
1992
).
51.
D. A.
Areshkin
and
C. T.
White
,
Nano Lett.
7
,
3253
(
2007
).
52.
D.
Gunlycke
,
D. A.
Areshkin
,
J.
Li
,
J. W.
Mintmire
, and
C. T.
White
,
Nano Lett.
7
,
3608
(
2007
).
53.
N. D.
Mermin
and
H.
Wagner
,
Phys. Rev. Lett.
17
,
1133
(
1966
).
54.
P. S.
Krstić
,
X. G.
Zhang
, and
W. H.
Butler
,
Phys. Rev. B
66
,
205319
(
2002
).
55.
B. M.
Bode
and
M. S.
Gordon
,
J. Mol. Graphics Modell.
16
,
133
(
1998
).
You do not currently have access to this content.