發(fā)布時(shí)間：2018-05-08 01:03

  本文選題：圓盤形 + 石墨烯量子點(diǎn)�。� 參考：《云南師范大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：現(xiàn)在人們已經(jīng)能夠在單層石墨烯材料的基礎(chǔ)上,通過多種手段獲得石墨烯量子點(diǎn)。石墨烯量子點(diǎn)材料具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性能,在光激發(fā)、細(xì)胞生物成像和生物分子探測(cè)等方面應(yīng)用前景廣闊,其中雙光子吸收由于其激發(fā)波長長、穿透深度深以及空間分辨率高的優(yōu)勢(shì),在這些應(yīng)用中被廣泛采用。本文首先在第一章介紹了石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),石墨烯量子點(diǎn)的性質(zhì)、制備方法和應(yīng)用范圍。接著在第二章中通過采用緊束縛方法研究了單層石墨烯的能帶結(jié)構(gòu),獲得了石墨烯能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算公式,并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了石墨烯中電子所滿足的狄拉克方程。研究表明:在石墨烯中狄拉克點(diǎn)的附近,電子是狄拉克費(fèi)密子具有許多令人驚奇的性質(zhì)。本文的主要工作是:先從狄拉克方程出發(fā),分別采用無限質(zhì)量邊界條件和有限差分法,解析并數(shù)值求解了圓盤形石墨烯量子點(diǎn)的電子能態(tài),分析了尺寸和邊界對(duì)圓盤形石墨烯量子點(diǎn)電子能態(tài)的影響。研究表明:石墨烯量子點(diǎn)的能帶中出現(xiàn)了一個(gè)帶隙,相鄰能級(jí)間的間隔較小。無論是導(dǎo)帶還是價(jià)帶,能帶都呈現(xiàn)出了不同程度的對(duì)稱性。因?yàn)槭┝孔狱c(diǎn)具有量子尺寸效應(yīng),當(dāng)量子點(diǎn)的尺寸增大時(shí),其禁帶寬度將變窄,能級(jí)間隔將變小。此外,具有鋸齒型邊界的圓盤形石墨烯量子點(diǎn)表現(xiàn)出半金屬的屬性;具有扶手型邊界的圓盤形石墨烯量子點(diǎn)則表現(xiàn)出典型的半導(dǎo)體屬性。接下來從二階含時(shí)微擾理論,得到單位體積內(nèi)電子吸收兩個(gè)能量為ηω的光子發(fā)生躍遷的速率。然后依據(jù)之前已經(jīng)獲得的圓盤形石墨烯量子點(diǎn)電子能態(tài),推導(dǎo)出雙光子吸收系數(shù)或者吸收截面的公式,同時(shí)得到了雙光子躍遷的選擇定則。描繪了圓盤形石墨烯量子點(diǎn)的雙光子吸收譜,討論了在不同的尺寸和邊界等參量下,量子點(diǎn)雙光子吸收系數(shù)的變化情況。研究表明:尺寸和邊界對(duì)調(diào)節(jié)圓盤形石墨烯量子點(diǎn)的雙光子吸收系數(shù)起了很大的作用。這些研究成果對(duì)非線性光學(xué)理論和光電器件的設(shè)計(jì)優(yōu)化等實(shí)際應(yīng)用都有著極為重大的意義。
[Abstract]:It is now possible to obtain graphene quantum dots by various means on the basis of monolayer graphene materials. Graphene quantum dots have excellent physical and chemical properties, and have a wide application prospect in the fields of photoexcitation, cell biological imaging and biomolecular detection, among which two-photon absorption is due to its long excitation wavelength. The advantages of deep penetration and high spatial resolution are widely used in these applications. In the first chapter, the structure and properties of graphene, the properties of graphene quantum dots, the preparation methods and applications are introduced. In chapter 2, the band structure of graphene monolayer is studied by using the tight-binding method, and the formula for calculating the band structure of graphene is obtained. On this basis, the Dirac equation satisfied by the electrons in graphene is derived. It is shown that near the Dirac point in graphene, the electron is a Dirac fermion with many surprising properties. The main work of this paper is as follows: firstly, starting from Dirac equation, the electronic energy states of disk graphene quantum dots are solved by using infinite mass boundary condition and finite difference method, respectively. The effects of size and boundary on the electronic energy states of disk graphene quantum dots are analyzed. The results show that there is a band gap in the band of graphene quantum dots and the gap between the adjacent energy levels is small. Both the conduction band and the valence band show different degrees of symmetry. Because graphene quantum dots have quantum size effect, when the size of quantum dots increases, the band gap will become narrow and the energy level interval will become smaller. In addition, disk graphene quantum dots with zigzag boundaries exhibit semi-metallic properties, while disk graphene quantum dots with armrest boundaries exhibit typical semiconductor properties. Then, from the second order time-dependent perturbation theory, the rate of transition of two photons with energy 畏 蠅 absorbed by electrons per unit volume is obtained. Then, based on the previously obtained electronic energy states of disk graphene quantum dots, the formulas of two-photon absorption coefficient or absorption cross section are derived, and the selection criterion of two-photon transition is obtained. The two-photon absorption spectra of disk graphene quantum dots are described. The variation of two-photon absorption coefficient of quantum dots under different parameters such as size and boundary is discussed. The results show that the size and boundary play an important role in regulating the two-photon absorption coefficient of the disk graphene quantum dots. These results are of great significance to the practical applications of nonlinear optics theory and optoelectronic device design optimization.
【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O613.71;TB383.1

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本文編號(hào)：1859247