石墨烯納米結構中輸運性質(zhì)的研究.pdf

1、石墨烯是把兩個等價碳原子交替排列在一個六角晶格上形成的一種二維結構的平面材料。它從發(fā)現(xiàn)之初就受到了廣泛的關注，是因為石墨烯被證實了存在很多奇特的電子特性，比如在狄拉克點附件的線性色散關系，整數(shù)和半整數(shù)的量子霍爾效應，高的電子遷移率等等。所有的這些奇特性質(zhì)使石墨烯成為半導體工業(yè)中硅的理想替代品。同時為了在石墨烯的能帶結構上產(chǎn)生一個帶隙，可以沿著特定的晶格方向?qū)ζ溥M行切割，這樣得到的石墨烯條帶在狄拉克點附近存在一個能隙。與二維石墨烯相比，一

2、維的石墨烯條帶在輸運性質(zhì)上也發(fā)生了很大的改變。除了可以在狄拉克點產(chǎn)生帶隙外，狄拉克點的另一個性質(zhì)是位于布里淵區(qū)兩端的兩個狄拉克點是簡并的（被視為一種贗自旋）。通過區(qū)分兩個簡并的狄拉克點，得到兩個與贗自旋方向有關的電流，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性質(zhì)和贗自旋方向有關的抽運電流。論文的內(nèi)容主要包括以下這些方面。
　　第一

3、章從四個方面講述了論文的研究背景。首先實驗室中幾種常用的石墨烯制備方法被列舉出來進行了比較。然后我們詳細討論了一些石墨烯的基本特點。因為在這里主要關注的是石墨烯的輸運性質(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。本章的最后提到了石墨烯在工業(yè)領域上存在廣泛的潛在應用，并且它已經(jīng)開始逐步走進我們的生活。
　　第二章是理論部分，主要詳細推導了計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、究介觀體系輸運性質(zhì)常用的方法。另一方面，量子抽運區(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)過一個雙層區(qū)域，電子的透射幾率隨著兩層相對位置的變化出現(xiàn)周期震蕩。這是因為一個基本單元中每個電子的幾率密度不同，有大有小，當兩個較大幾率密度的電子存在相互作用時層間相互作用強。因此當兩層有相對移動時，存在層間相互作用的原子發(fā)生變化，導致層間相互作用的強弱發(fā)生改變，從而影響了通過兩層區(qū)域時

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)可以用來測量層間的相對位移，并且精度可以達到10-10這個量級。
　　第四章中用量子抽運的方法在一個局域拉伸的石墨烯中產(chǎn)生了一個純贗自旋電流。完美石墨烯中K點和K'點是簡并的，通過拉伸石墨烯可以消除簡并。同時考慮兩個反平行鐵磁引起的矢量勢，在一個由三個勢壘構成的結構中就產(chǎn)生了一個與贗自旋指數(shù)有關的電流。因此這樣的一種結構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