本文關(guān)鍵詞：硅烯及其納米帶光電特性的磁電調(diào)控研究

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【摘要】：硅烯是單層硅原子薄膜,具有與石墨烯類似的蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu),因其特殊的結(jié)構(gòu)和性能,近年來(lái)成為凝聚態(tài)物理、材料、化學(xué)和信息技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域備受關(guān)注的交叉研究熱點(diǎn)之一。較強(qiáng)的自旋軌道相互作用使硅烯比石墨烯具有更為優(yōu)異和獨(dú)特的物理、化學(xué)特性,其在微納光(自旋)電子器件等方面有著重要的潛在應(yīng)用前景。此外,準(zhǔn)一維的硅烯納米帶既能展現(xiàn)量子受限體系的特性,又是基于硅烯納米器件的基本單元,其物理性質(zhì)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。本論文采用緊束縛近似下的低能有效哈密頓模型和半導(dǎo)體帶間躍遷理論等方法,圍繞硅烯及其納米帶的電子輸運(yùn)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)及其外部電磁調(diào)控展開研究。全文共分為五章。第一章為緒論部分,簡(jiǎn)要介紹硅烯的發(fā)現(xiàn)及其實(shí)驗(yàn)制備,硅烯的電子結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體帶間躍遷理論。第二章利用低能有效哈密頓模型和半導(dǎo)體帶間躍遷理論,研究硅烯的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)及其外部電磁調(diào)控。從硅烯緊束縛近似下的低能有效哈密頓量出發(fā),通過求解本征方程獲得電子能帶結(jié)構(gòu)和體系波函數(shù)。然后在半導(dǎo)體帶間躍遷理論框架下求得系統(tǒng)光學(xué)躍遷矩陣元和介電函數(shù)、折射率、消光系數(shù)、吸收系數(shù)、電子能量耗散譜及光電導(dǎo)等光學(xué)性質(zhì)。研究結(jié)果表明,體系電子結(jié)構(gòu)在電磁場(chǎng)作用下可以被調(diào)制為自旋簡(jiǎn)并態(tài)、拓?fù)浣^緣態(tài)、谷-自旋極化金屬態(tài)和帶絕緣態(tài),其在臨界電磁場(chǎng)下發(fā)生由拓?fù)浣^緣態(tài)到帶絕緣態(tài)的量子相變。在電磁場(chǎng)輻照下,系統(tǒng)的光學(xué)常數(shù)隨著電磁場(chǎng)輻照頻率的增強(qiáng)而下降。此外,系統(tǒng)拓?fù)浣^緣態(tài)自旋向上和向下價(jià)帶到導(dǎo)帶間的光學(xué)躍遷隨著子晶格錯(cuò)位勢(shì)的增加分別紅移和藍(lán)移,而帶絕緣態(tài)自旋向上和向下價(jià)帶到導(dǎo)帶間的光學(xué)躍遷隨著子晶格錯(cuò)位勢(shì)的增加藍(lán)移。第三章在緊束縛近似和偶極近似基礎(chǔ)上,利用線性響應(yīng)理論,研究了外加電磁場(chǎng)輻照下理想半導(dǎo)體性9-/10-和金屬性11-扶手椅型硅烯納米帶的電子結(jié)構(gòu)、偶極躍遷和光學(xué)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),扶手椅型硅烯納米帶中較小旁帶子標(biāo)價(jià)帶與導(dǎo)帶間的偶極躍遷一直增大,而較大旁帶子標(biāo)價(jià)帶與導(dǎo)帶間的量子躍遷先增大后減小。此外,9-,10-和11-扶手椅型硅烯納米帶的電導(dǎo)率、介電函數(shù)等光學(xué)常數(shù)在紅外到紫外的寬域能量范圍,并強(qiáng)烈依賴于條帶寬度和外加電磁場(chǎng)輻照頻率。半導(dǎo)體性9-/10-扶手椅型硅烯納米帶的光學(xué)響應(yīng)主要來(lái)自相同或不同子標(biāo)價(jià)帶與導(dǎo)帶間的量子躍遷,而金屬性11-扶手椅型硅烯納米帶的光學(xué)共振主要來(lái)自不同子標(biāo)價(jià)帶與導(dǎo)帶間的量子躍遷。第四章研究了外加電磁場(chǎng)輻照下理想8-和16-鋸齒型硅烯納米帶的電子能帶結(jié)構(gòu)、偶極躍遷和光學(xué)性質(zhì)。研究表明,8-和16-鋸齒型硅烯納米帶的電導(dǎo)率、介電函數(shù)和電子能量耗散譜在紅外到紫外寬頻的能量范圍,并敏感依賴于條帶寬度和外加電磁場(chǎng)輻照頻率。此外,8-和16-鋸齒型硅烯納米帶的電導(dǎo)率、介電函數(shù)及電子能量耗散譜等光學(xué)性質(zhì)主要來(lái)自邊沿態(tài)與體態(tài)子帶間、相同旁帶指標(biāo)的體態(tài)價(jià)帶與導(dǎo)帶間的光學(xué)躍遷。以上研究結(jié)果對(duì)探索硅基納米光電子器件的新效應(yīng)和光電應(yīng)用具有一定的理論指導(dǎo)意義。第五章,對(duì)本文的工作作了總結(jié)和歸納,并對(duì)硅烯及其納米帶的光電性質(zhì)及其外部電磁調(diào)控方面作了展望。
【學(xué)位授予單位】：吉首大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ264.1;TB383.1

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本文編號(hào)：1288440