石墨烯納米結(jié)構(gòu)中輸運(yùn)性質(zhì)的研究.pdf

1、石墨烯是把兩個(gè)等價(jià)碳原子交替排列在一個(gè)六角晶格上形成的一種二維結(jié)構(gòu)的平面材料。它從發(fā)現(xiàn)之初就受到了廣泛的關(guān)注，是因?yàn)槭┍蛔C實(shí)了存在很多奇特的電子特性，比如在狄拉克點(diǎn)附件的線性色散關(guān)系，整數(shù)和半整數(shù)的量子霍爾效應(yīng)，高的電子遷移率等等。所有的這些奇特性質(zhì)使石墨烯成為半導(dǎo)體工業(yè)中硅的理想替代品。同時(shí)為了在石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生一個(gè)帶隙，可以沿著特定的晶格方向?qū)ζ溥M(jìn)行切割，這樣得到的石墨烯條帶在狄拉克點(diǎn)附近存在一個(gè)能隙。與二維石墨烯相比，一

2、維的石墨烯條帶在輸運(yùn)性質(zhì)上也發(fā)生了很大的改變。除了可以在狄拉克點(diǎn)產(chǎn)生帶隙外，狄拉克點(diǎn)的另一個(gè)性質(zhì)是位于布里淵區(qū)兩端的兩個(gè)狄拉克點(diǎn)是簡并的（被視為一種贗自旋）。通過區(qū)分兩個(gè)簡并的狄拉克點(diǎn)，得到兩個(gè)與贗自旋方向有關(guān)的電流，這種性質(zhì)可以被用來制作成贗自旋電子器件。而量子抽運(yùn)是一種非常有效的產(chǎn)生電流的方法。
　　本論文主要研究了一維雙層扶手椅形石墨烯條帶的輸運(yùn)性質(zhì)和贗自旋方向有關(guān)的抽運(yùn)電流。論文的內(nèi)容主要包括以下這些方面。
　　第一

3、章從四個(gè)方面講述了論文的研究背景。首先實(shí)驗(yàn)室中幾種常用的石墨烯制備方法被列舉出來進(jìn)行了比較。然后我們?cè)敿?xì)討論了一些石墨烯的基本特點(diǎn)。因?yàn)樵谶@里主要關(guān)注的是石墨烯的輸運(yùn)性質(zhì)，所以緊跟著通過與宏觀和微觀系統(tǒng)比較，我們介紹了介觀體系下的電子輸運(yùn)。本章的最后提到了石墨烯在工業(yè)領(lǐng)域上存在廣泛的潛在應(yīng)用，并且它已經(jīng)開始逐步走進(jìn)我們的生活。
　　第二章是理論部分，主要詳細(xì)推導(dǎo)了計(jì)算過程中用到的各種公式。緊束縛近似模型，格林函數(shù)方法，散射矩陣是研

4、究介觀體系輸運(yùn)性質(zhì)常用的方法。另一方面，量子抽運(yùn)區(qū)別于它們也是一種常用的產(chǎn)生電流的方法。
　　在第三章我們研究發(fā)現(xiàn)了從單層石墨烯條帶入射的電子，經(jīng)過一個(gè)雙層區(qū)域，電子的透射幾率隨著兩層相對(duì)位置的變化出現(xiàn)周期震蕩。這是因?yàn)橐粋€(gè)基本單元中每個(gè)電子的幾率密度不同，有大有小，當(dāng)兩個(gè)較大幾率密度的電子存在相互作用時(shí)層間相互作用強(qiáng)。因此當(dāng)兩層有相對(duì)移動(dòng)時(shí)，存在層間相互作用的原子發(fā)生變化，導(dǎo)致層間相互作用的強(qiáng)弱發(fā)生改變，從而影響了通過兩層區(qū)域時(shí)

5、電子透射幾率的大小。透射幾率出現(xiàn)周期性震蕩的性質(zhì)可以用來測(cè)量層間的相對(duì)位移，并且精度可以達(dá)到10-10這個(gè)量級(jí)。
　　第四章中用量子抽運(yùn)的方法在一個(gè)局域拉伸的石墨烯中產(chǎn)生了一個(gè)純贗自旋電流。完美石墨烯中K點(diǎn)和K'點(diǎn)是簡并的，通過拉伸石墨烯可以消除簡并。同時(shí)考慮兩個(gè)反平行鐵磁引起的矢量勢(shì)，在一個(gè)由三個(gè)勢(shì)壘構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中就產(chǎn)生了一個(gè)與贗自旋指數(shù)有關(guān)的電流。因此這樣的一種結(jié)構(gòu)可以被用來制作贗自旋電子器件。
　　延續(xù)第四章中的工作，我