本文關(guān)鍵詞：硅烯拓?fù)涮匦约拜斶\(yùn)性質(zhì)研究

  更多相關(guān)文章： 硅烯 電場調(diào)控 自旋分離 拓?fù)湎?變) 量子輸運(yùn)

【摘要】：硅烯與石墨烯相似,都具有蜂窩狀的晶格結(jié)構(gòu),在布里淵區(qū)存在狄拉克點(diǎn)以及能譜在零能附近為線性色散關(guān)系。硅烯還表現(xiàn)出另外一些特性,具有弱翹曲晶格結(jié)構(gòu),也就是A子格和B子格并不在同一平面,而是有一個(gè)間距為2=0.066 nm的層錯,提供了用外電場調(diào)控AB子晶格勢進(jìn)而調(diào)控硅烯拓?fù)涮匦缘目赡芎捅憷�。而且硅烯具有較大的內(nèi)稟自旋軌道耦合,更易于在室溫下觀測到量子自旋Hall效應(yīng),也有利于推動自旋電子學(xué)的發(fā)展。利用硅烯制造電子器件可以和目前應(yīng)用廣泛的硅基電子產(chǎn)業(yè)無縫兼容。自從2012年首次成功合成硅烯以來,眾多實(shí)驗(yàn)研究人員在不同的襯底上制備出較高質(zhì)量的硅烯。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)不斷改進(jìn),所制造硅烯的質(zhì)量也會越來越好。首先,我們研究了在柵電壓和外稟Rashba自旋軌道耦合作用下雙層硅烯的拓?fù)涮匦?當(dāng)Rashba自旋軌道耦合較小時(shí)體系為帶絕緣相,但當(dāng)Rashba自旋軌道耦合比較大時(shí)體系將處于強(qiáng)拓?fù)浣^緣相,可以得到自旋和谷同時(shí)過濾的邊界電流。而且邊界電流在內(nèi)稟自旋軌道耦合和內(nèi)稟Rashba自旋軌道耦合的影響下保持很好的魯棒性,所以所得到的強(qiáng)拓?fù)浣^緣相具有很好的穩(wěn)定性。當(dāng)一個(gè)可以產(chǎn)生層間Rashba自旋軌道耦合的傾斜電場出現(xiàn)時(shí),無論柵電壓和外稟Rashba自旋軌道耦合強(qiáng)弱體系將一直處于帶絕緣相。這提醒我們不僅可以通過控制電場的強(qiáng)度還可以通過控制電場的方向來實(shí)現(xiàn)從帶絕緣相到強(qiáng)拓?fù)浣^緣相的相變。其次,在研究雙層硅烯拓?fù)涮匦缘倪^程中,我們發(fā)現(xiàn)雙層硅烯和雙層石墨烯表現(xiàn)出不同的特性,為了能夠系統(tǒng)地研究硅烯家族材料的特性,我們研究了雙層六角晶格材料中的量子谷Hall相、單邊量子谷Hall相和絕緣相以及各相之間的拓?fù)湎嘧�。不同雙層體系之間的異同主要是層間相互作用強(qiáng)弱的差距,當(dāng)t⊥/t1時(shí)體系處于量子谷Hall相,但當(dāng)層間相互作用比較強(qiáng)時(shí)t⊥/t1,體系變?yōu)閹Ы^緣相。而當(dāng)層間相互作用為臨界值t⊥/t=1時(shí),體系則處于單邊量子谷Hall相。這些拓?fù)淞孔酉嚅g的相變也可以通過調(diào)控柵電壓和AB子晶格勢的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)。而且在單邊量子谷Hall相中更易于得到純的谷電流,推動谷電子學(xué)的發(fā)展。最后,在垂直磁場和非均勻外電場的單層硅烯中得到空間分離的自旋極化電流。通過調(diào)控外電場強(qiáng)度可以得到不同類型和不同自旋指向的自旋極化電流,而且所得到的自旋極化電流在非磁性雜質(zhì)和無序的影響下保持很好的魯棒性。由于在自旋分離的過程中體系不會發(fā)生拓?fù)湎嘧?所以體系一直處于量子自旋Hall相。通過調(diào)控費(fèi)米能級也可以實(shí)現(xiàn)從量子自旋Hall相到自旋過濾相的轉(zhuǎn)變。
【關(guān)鍵詞】：硅烯 電場調(diào)控 自旋分離 拓?fù)湎?變) 量子輸運(yùn)
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O613.72
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-13
• 1.1 硅烯結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)8-10
• 1.1.1 硅烯能帶結(jié)構(gòu)8-10
• 1.1.2 硅烯幾何結(jié)構(gòu)10
• 1.2 硅烯制備及應(yīng)用前景10-13
• 1.2.1 硅烯制備10-11
• 1.2.2 硅烯應(yīng)用前景11-13
• 2 理論模型及研究方法13-20
• 2.1 緊束縛模型13-14
• 2.1.1 無磁場作用的緊束縛模型13
• 2.1.2 垂直磁場作用下的緊束縛模型13-14
• 2.2 自旋軌道耦合14-15
• 2.2.1 內(nèi)稟自旋軌道耦合14
• 2.2.2 外稟自旋軌道耦合14-15
• 2.3 垂直電場以及交換場作用15
• 2.4 Chern number（陳數(shù)）計(jì)算方法15-16
• 2.5 Green函數(shù)方法16-18
• 2.6 量子自旋Hall效應(yīng)18-19
• 2.7 量子谷Hall效應(yīng)19-20
• 3 雙層硅烯中的拓?fù)浣^緣態(tài)20-27
• 3.1 引言20-21
• 3.2 理論模型21-22
• 3.3 強(qiáng)拓?fù)浣^緣態(tài)及拓?fù)湎嘧?/span>22-26
• 3.4 內(nèi)稟自旋軌道耦合對強(qiáng)拓?fù)浣^緣態(tài)的影響26
• 3.5 本章小結(jié)26-27
• 4 雙層二維六角晶格中的量子谷Hall態(tài)27-35
• 4.1 引言27-28
• 4.2 理論模型28-29
• 4.3 拓?fù)鋺B(tài)和拓?fù)湎嘧?/span>29-33
• 4.4 本章小結(jié)33-35
• 5 非均勻電場作用下鐵磁硅烯中的自旋空間分離及自旋過濾35-47
• 5.1 引言35-37
• 5.2 理論模型37
• 5.3 界面態(tài)、自旋分離及過濾電流37-43
• 5.3.1 CT-不變量子自旋Hall效應(yīng)37-40
• 5.3.2 邊界態(tài)部分分離40-41
• 5.3.3 邊界態(tài)完全分離41-43
• 5.4 電場調(diào)控下的拓?fù)湎嘧?/span>43-46
• 5.5 本章小結(jié)46-47
• 6 總結(jié)與展望47-49
• 參考文獻(xiàn)49-59
• 攻讀碩士學(xué)位期間所做的工作59-60
• 致謝60-61

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本文編號：696038