硅烯拓撲特性及輸運性質研究.pdf

1、硅烯與石墨烯相似，都具有蜂窩狀的晶格結構，在布里淵區(qū)存在狄拉克點以及能譜在零能附近為線性色散關系。硅烯還表現(xiàn)出另外一些特性，具有弱翹曲晶格結構，也就是A子格和B子格并不在同一平面，而是有一個間距為2?=0.066 nm的層錯，提供了用外電場調控AB子晶格勢進而調控硅烯拓撲特性的可能和便利。而且硅烯具有較大的內稟自旋軌道耦合，更易于在室溫下觀測到量子自旋Hall效應，也有利于推動自旋電子學的發(fā)展。利用硅烯制造電子器件可以和目前應用廣泛的硅

2、基電子產(chǎn)業(yè)無縫兼容。自從2012年首次成功合成硅烯以來，眾多實驗研究人員在不同的襯底上制備出較高質量的硅烯。隨著實驗技術不斷改進，所制造硅烯的質量也會越來越好。
　　首先，我們研究了在柵電壓和外稟Rashba自旋軌道耦合作用下雙層硅烯的拓撲特性，當Rashba自旋軌道耦合較小時體系為帶絕緣相，但當Rashba自旋軌道耦合比較大時體系將處于強拓撲絕緣相，可以得到自旋和谷同時過濾的邊界電流。而且邊界電流在內稟自旋軌道耦合和內稟Rash

3、ba自旋軌道耦合的影響下保持很好的魯棒性，所以所得到的強拓撲絕緣相具有很好的穩(wěn)定性。當一個可以產(chǎn)生層間Rashba自旋軌道耦合的傾斜電場出現(xiàn)時，無論柵電壓和外稟Rashba自旋軌道耦合強弱體系將一直處于帶絕緣相。這提醒我們不僅可以通過控制電場的強度還可以通過控制電場的方向來實現(xiàn)從帶絕緣相到強拓撲絕緣相的相變。
　　其次，在研究雙層硅烯拓撲特性的過程中，我們發(fā)現(xiàn)雙層硅烯和雙層石墨烯表現(xiàn)出不同的特性，為了能夠系統(tǒng)地研究硅烯家族材料的特

4、性，我們研究了雙層六角晶格材料中的量子谷Hall相、單邊量子谷Hall相和絕緣相以及各相之間的拓撲相變。不同雙層體系之間的異同主要是層間相互作用強弱的差距，當t⊥/t<1時體系處于量子谷Hall相，但當層間相互作用比較強時t⊥/t>1，體系變?yōu)閹Ы^緣相。而當層間相互作用為臨界值t⊥/t=1時，體系則處于單邊量子谷Hall相。這些拓撲量子相間的相變也可以通過調控柵電壓和AB子晶格勢的強度來實現(xiàn)。而且在單邊量子谷Hall相中更易于得到純的谷