本文關(guān)鍵詞：n-p共摻石墨烯量子自旋霍爾和巨Rashba旋軌耦合效應(yīng)的研究

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【摘要】：石墨烯,一種內(nèi)稟的二維拓撲絕緣體。它被認為是很有前景的自旋電子學(xué)候選材料源于其載流子的拓撲性質(zhì)和能夠操控旋轉(zhuǎn)自由度的自旋軌道耦合。增大石墨烯體系的自旋軌道耦合可以誘導(dǎo)各種拓撲現(xiàn)象,如量子自旋霍爾效應(yīng)、量子反�；魻栃�(yīng)等,也可以應(yīng)用到自旋電子學(xué)領(lǐng)域。而最早理論預(yù)言的量子自旋霍爾效應(yīng)就是在石墨烯上,只是其自身的自旋軌道耦合很弱在狄拉克點處打開的^/隙較小,實驗上根本觀測不到。之后一些實驗和理論計算對自旋軌道耦合效應(yīng)又做了進一步研究,比如實驗上能夠在一些量子阱中觀測量子自旋霍爾效應(yīng),但是極低的溫度和超高質(zhì)量的樣品限制了它在低能耗的電子學(xué)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。想要增大石墨烯的自旋軌道耦合強度同時不顯著影響其基本物理性質(zhì)被證明是非常困難的。本論文采用第一性原理計算方法,基于補償性n-p共摻雜思想系統(tǒng)的研究了以下兩個方面的內(nèi)容:1.我們研究了(鉈)Tl和F4-TCNQ(四氟四氰二甲基對苯醌)共摻雜石墨烯體系的電子結(jié)構(gòu),結(jié)果顯示能夠產(chǎn)生一個大的、內(nèi)稟的帶隙值26.9me V,更重要的是,F4-TCNQ/石墨烯體系上重金屬原子Tl不同吸附位置構(gòu)建的多種構(gòu)型對混合體系的帶隙幾乎無影響;進而改變重金屬原子Tl的摻雜濃度,Tl/石墨烯/F4-TCNQ共摻雜體系的帶隙也隨之改變。這研究為實驗研究和高溫量子自旋霍爾效應(yīng)的實際應(yīng)用提供了一種新的解決方案。2.我們研究了鉈(Tl)-硼(B)和鉈(In)-硼(B)共摻雜石墨烯體系的電子結(jié)構(gòu)和自旋電子學(xué)性質(zhì)。結(jié)果顯示它可以同時解決單個原子吸附在石墨烯上的所有的缺點,n-p補償性共摻有助于保護電荷載體的狄拉克性質(zhì);有效的產(chǎn)生大的Rashba自旋軌道劈裂,自旋劈裂能絕對值?(35)so?在?帶達到130me V,另外,B摻雜效應(yīng)和內(nèi)在的自旋軌道耦合(吸附Tl引起)也能夠使體系打開20-90me V范圍內(nèi)的帶隙。這項研究為設(shè)計新型的石墨烯基自旋電子學(xué)材料提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：山西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71

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