本論文通過十六帶的緊束縛模型計(jì)算,對(duì)于六角蜂窩狀結(jié)構(gòu)的鍺烯晶體的電子能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。論文主要研究了在自旋軌道耦合作用下,外加垂直電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)于鍺烯的能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控。計(jì)算結(jié)果表明,在鍺烯的類狄拉克型電子結(jié)構(gòu)中考慮自旋軌道耦合后,可以打開一個(gè)可調(diào)控的帶隙,這說明在能量帶隙的形成中自旋軌道耦合起著至關(guān)重要的作用。和石墨烯中的電子結(jié)構(gòu)比較,自旋軌道耦合對(duì)于鍺烯的帶隙的影響效果非常顯著,在室溫下也能夠呈現(xiàn)良好的量子自旋霍爾效應(yīng),這說明鍺烯材料能夠成為理想的自旋電子器件制備材料。我們還發(fā)現(xiàn)鍺烯的電子結(jié)構(gòu)和拓?fù)湫再|(zhì)對(duì)外場(chǎng)強(qiáng)度具有較強(qiáng)的依賴性。通過施加外電場(chǎng)或者磁場(chǎng),鍺烯材料可以調(diào)控成具有金屬、半導(dǎo)體或絕緣體性能的材料。此外,電場(chǎng)調(diào)控下的能帶結(jié)構(gòu)的主要特征與磁場(chǎng)調(diào)控下所呈現(xiàn)的現(xiàn)象有很大的不同。對(duì)于外電場(chǎng)調(diào)控,兩個(gè)自旋向上的態(tài)在K點(diǎn)處產(chǎn)生帶隙,相反,在K~′點(diǎn)的帶隙由兩個(gè)自旋向下的態(tài)產(chǎn)生。然而,對(duì)于外加磁場(chǎng)來說,在K和K~′點(diǎn)帶隙都是由自旋向上的導(dǎo)帶和自旋向下的價(jià)帶產(chǎn)生。這種通過外加場(chǎng)來調(diào)控帶隙的方法,能夠?yàn)橹苽浠阪N烯的自旋電子學(xué)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)提供幫助。論文內(nèi)容包含四部分:在第一章緒論中,主要介紹了二維材料的研究進(jìn)展,較為詳細(xì)地介紹石墨烯和硅烯的晶格結(jié)構(gòu)、能帶色散關(guān)系、主要的物理性質(zhì)、以及對(duì)于它們實(shí)驗(yàn)和理論的研究進(jìn)程。其次分別對(duì)自旋軌道耦合和量子自旋霍爾效應(yīng)進(jìn)行了介紹。最后我們對(duì)本文的研究背景、內(nèi)容以及意義進(jìn)行了闡述和說明。在第二章中,主要介紹了本文工作所采用的理論模型,論文中詳細(xì)推導(dǎo)了包含自旋軌道耦合、外電場(chǎng)情況下,十六帶的緊束縛模型中,系統(tǒng)哈密頓量的具體形式,并主要將其利用在鍺烯以及其它的第四主族的二維材料的能帶計(jì)算中。接下來在第三章中,我們研究了外加電場(chǎng)、磁場(chǎng)對(duì)于鍺烯的能帶結(jié)構(gòu)的影響,特別是對(duì)于其帶隙的調(diào)控,分別分析在考慮自旋軌道耦合后外加電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)鍺烯電子結(jié)構(gòu)的影響以及影響能帶退簡(jiǎn)并的因素。最后在第四章中,我們對(duì)本文的研究方法、研究?jī)?nèi)容以及結(jié)論進(jìn)行了總結(jié)。
【學(xué)位單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN03;TB383.1
【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
第一章 緒論
    1.1 二維拓?fù)浣^緣體材料
        1.1.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
        1.1.2 硅烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
    1.2 自旋軌道耦合和量子自旋霍爾效應(yīng)
        1.2.1 自旋軌道耦合效應(yīng)
        1.2.2 量子自旋霍爾效應(yīng)
    1.3 論文的研究背景與科學(xué)意義
        1.3.1 研究背景
        1.3.2 研究?jī)?nèi)容與意義
第二章 理論模型與計(jì)算方法
    2.1 能帶計(jì)算的緊束縛近似方法
    2.2 鍺烯材料電子結(jié)構(gòu)的緊束縛模型
        2.2.1 鍺烯結(jié)構(gòu)
        2.2.2 鍺烯材料電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法
第三章 外場(chǎng)調(diào)控鍺烯電子能帶結(jié)構(gòu)
    3.1 引言
    3.2 外加垂直電場(chǎng)調(diào)控
    3.3 外加磁場(chǎng)調(diào)控
    3.4 結(jié)論與小結(jié)
第四章 總結(jié)與展望
    4.1 全文總結(jié)
    4.2 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    4.3 后續(xù)工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士期間發(fā)表的論文目錄

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐健剛;嚴(yán)躍冬;成龍;曾長淦;;微納加工邊界效應(yīng)對(duì)LaAlO_3/SrTiO_3界面自旋軌道耦合影響研究[J];低溫物理學(xué)報(bào);2016年05期

2 張丹偉;曹帥;;人工自旋軌道耦合玻色-愛因斯坦凝聚體的元激發(fā)（英文）[J];華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2016年04期

3 儲(chǔ)連元;原子核內(nèi)的自旋軌道耦合[J];物理學(xué)報(bào);1958年06期

4 趙龍;梁九卿;;二維兩組分超冷費(fèi)米氣體中自旋軌道耦合引起的配對(duì)不平衡[J];山西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年02期

5 顏玉珍;;外加電場(chǎng)對(duì)自旋霍爾效應(yīng)的影響[J];嘉應(yīng)學(xué)院學(xué)報(bào);2011年08期

6 張建華，齊利杰，沈彭年，張宗燁，余友文;N—N相互作用中自旋軌道耦合力的夸克模型[J];高能物理與核物理;1995年01期

7 袁通全;;中性原子自旋軌道耦合效應(yīng)[J];廣西物理;2018年04期

8 薛具奎;萬年勝;;自旋軌道耦合自旋1旋量玻色-愛因斯坦凝聚體中波的傳播[J];西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2018年04期

9 方明;白絮芳;;納米環(huán)中基于自旋軌道耦合的自旋過濾效應(yīng)[J];固體電子學(xué)研究與進(jìn)展;2009年04期

10 ;壓力誘導(dǎo)的強(qiáng)自旋軌道耦合化合物超導(dǎo)研究取得新進(jìn)展[J];硅酸鹽通報(bào);2015年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 孫慶豐;謝心澄;郭鴻;王健;;自旋軌道耦合和自旋流[A];量子電荷和自旋輸運(yùn)研討會(huì)論文集[C];2005年

2 廖任遠(yuǎn);;自旋軌道耦合玻色氣體[A];第十七屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2016年

3 朱濤;;電流誘導(dǎo)的自旋軌道耦合效應(yīng)中Oersted場(chǎng)的直接測(cè)量[A];2016中國功能新材料學(xué)術(shù)論壇論文集[C];2016年

4 劉計(jì)紅;李玉現(xiàn);;自旋軌道耦合對(duì)正常金屬/半導(dǎo)體/超導(dǎo)體隧道結(jié)中的散粒噪聲的影響[A];第十六屆全國半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

5 張慶營;;非中心力矩陣元的公式(續(xù))[A];第五次核物理會(huì)議資料匯編（中冊(cè)）[C];1982年

6 董衍坤;張紅梅;李玉現(xiàn);;自旋軌道耦合對(duì)Aharonov-Bohm測(cè)量?jī)x中自旋相關(guān)輸運(yùn)的影響[A];第十六屆全國半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

7 齊世飛;;n-p共摻雜兩維體系自旋電子學(xué)性質(zhì)研究[A];第十三屆全國量子化學(xué)會(huì)議報(bào)告集[C];2017年

8 袁翔;徐海峰;閆冰;;AlI分子的低激發(fā)態(tài)研究[A];第七屆全國計(jì)算原子與分子物理學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2018年

9 黃巍;宋博;鄒岳洋;何成東;Elnur Hajiyev;張善超;Gyu-Boong Jo;;Yb-173簡(jiǎn)并費(fèi)米氣體及其自旋軌道耦合的實(shí)現(xiàn)[A];第十七屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2016年

10 周仕明;張建衛(wèi);時(shí)鐘;何攀;趙海斌;;FePdPt有序合金薄膜中自旋軌道耦合對(duì)自旋輸運(yùn)和自旋動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的調(diào)控[A];2012中國功能新材料學(xué)術(shù)論壇暨第三屆全國電磁材料及器件學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前4條

1 記者 李大慶;我率先實(shí)現(xiàn)超冷原子二維人工自旋軌道耦合[N];科技日?qǐng)?bào);2016年

2 記者 吳月輝;中國科學(xué)家獲重大突破[N];人民日?qǐng)?bào)海外版;2016年

3 記者 劉歡;量子模擬計(jì)算速度將超世界最快計(jì)算機(jī)[N];北京日?qǐng)?bào);2016年

4 記者 吳月輝;超冷原子量子模擬領(lǐng)域我國科學(xué)家獲重大突破[N];人民日?qǐng)?bào);2016年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 孔超;光晶格中自旋軌道耦合玻色—愛因斯坦凝聚體的混沌與規(guī)則輸運(yùn)[D];湖南師范大學(xué);2019年

2 王林雪;基于自旋軌道耦合超冷原子的孤子動(dòng)力學(xué)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家授時(shí)中心);2019年

3 王亮亮;雙層自旋軌道費(fèi)米氣體中的拓?fù)涑魈匦訹D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所);2017年

4 劉釗;若干拓?fù)�、二維材料的理論設(shè)計(jì)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

5 彭鵬;超冷費(fèi)米氣體中光學(xué)操控Feshbach共振和觀察拓?fù)銯loquet能帶[D];山西大學(xué);2018年

6 陳立;新奇自旋軌道耦合玻色凝聚體中的量子相變及動(dòng)力學(xué)特性[D];山西大學(xué);2018年

7 劉志海;自旋軌道耦合作用對(duì)準(zhǔn)一維納米線量子點(diǎn)電子自旋態(tài)的影響[D];中國工程物理研究院;2018年

8 金美玲;壓力調(diào)控的強(qiáng)自旋軌道耦合材料量子序[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所);2017年

9 孫威;二維自旋軌道耦合量子氣體的制備與拓?fù)湎嗟木_判定[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

10 徐曉天;二維自旋軌道耦合玻色氣體及相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李莎莎;鍺烯電子結(jié)構(gòu)的外場(chǎng)調(diào)控理論研究[D];湖南師范大學(xué);2019年

2 石春曉;兩分量自旋軌道耦合BECs的基態(tài)特性及動(dòng)力學(xué)特性[D];燕山大學(xué);2018年

3 萬怡方;高效熱活化延遲熒光材料的設(shè)計(jì)與探索[D];南京郵電大學(xué);2018年

4 王震委;拓?fù)浒虢饘俨牧系牡谝恍栽硌芯縖D];河南師范大學(xué);2018年

5 賈亦真;Pb基二維材料設(shè)計(jì)及量子性質(zhì)調(diào)控[D];濟(jì)南大學(xué);2018年

6 胡波;具有自旋軌道耦合一維超冷費(fèi)米氣體的量子相性質(zhì)[D];華北電力大學(xué)(北京);2018年

7 陳瀟;兩分量旋轉(zhuǎn)的自旋軌道耦合BEC的基態(tài)性質(zhì)[D];山西大學(xué);2018年

8 熊襄玉;超冷原子費(fèi)米氣體自旋軌道耦合和背景散射的研究[D];華中科技大學(xué);2017年

9 張玉峰;自旋軌道耦合玻色—愛因斯坦凝聚體中孤子的研究[D];燕山大學(xué);2018年

10 王歡;多分量自旋軌道耦合旋轉(zhuǎn)玻色-愛因斯坦凝聚體的拓?fù)浼ぐl(fā)[D];燕山大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2833966