本文關(guān)鍵詞：類(lèi)石墨烯的谷電子輸運(yùn)研究

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【摘要】：近年來(lái),基于二維類(lèi)石墨烯材料中的谷電子學(xué)受到了研究人員的廣泛關(guān)注,這是因?yàn)榈依穗娮拥墓茸杂啥群碗娮拥淖孕杂啥纫粯?被認(rèn)為可以用來(lái)作為信息的載體。目前谷電子學(xué)仍然處于發(fā)展的初期,谷電子流的產(chǎn)生、調(diào)控和探測(cè)是這個(gè)領(lǐng)域的核心問(wèn)題。本論文將從這三個(gè)方面出發(fā)研究谷電子在不同環(huán)境體系下的輸運(yùn)特性。我們首先在搭扣結(jié)構(gòu)的二維硅烯中提出利用空間交錯(cuò)靜電勢(shì)場(chǎng)來(lái)獲得純谷流。研究表明,由于靜電勢(shì)場(chǎng)可以導(dǎo)致二維硅烯為谷拓?fù)浣^緣體,相反的靜電勢(shì)場(chǎng)則可定義相反的谷陳數(shù),所以空間交錯(cuò)靜電勢(shì)場(chǎng)能產(chǎn)生多重受拓?fù)浔Ｗo(hù)的谷拓?fù)浣缑鎽B(tài),它支撐無(wú)耗散的純谷流形成。在具有自旋軌道相互作用的情形下,這些拓?fù)浣缑鎽B(tài)可形成谷自旋耦合界面態(tài)。在磁化的二維硅烯和單層二硫化鉬系統(tǒng)中,我們計(jì)算系統(tǒng)的相圖,發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)可形成谷、自旋以及它們耦合的半金屬態(tài),這些量子態(tài)可以用來(lái)制作各類(lèi)谷閥或者谷自旋閥電子器件。為了進(jìn)一步調(diào)控谷自由度,我們研究了石墨烯超晶格系統(tǒng)。發(fā)現(xiàn)由于原胞的擴(kuò)大,導(dǎo)致原先的K谷和K'谷的耦合,從而在系統(tǒng)中形成了類(lèi)似于半導(dǎo)體中的Rashba自旋軌道耦合的贗谷交換相互作用。通過(guò)散射模型的計(jì)算,我們證明了這種的贗谷交換相互作用可以用來(lái)調(diào)控谷自由度,并且當(dāng)電子的能量大于可能的系統(tǒng)能隙時(shí),谷自由度在空間的進(jìn)動(dòng)只與贗谷交換相互作用有關(guān),從而可以實(shí)現(xiàn)任何可能的K谷和K’谷的疊加態(tài)。最后我們研究了谷電子的探測(cè)。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)上的四端霍爾條裝置,計(jì)算了量子谷霍爾效應(yīng)導(dǎo)致的非局域電阻率開(kāi)NL。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)霍爾條的寬度大于其長(zhǎng)度即ωl時(shí),非局域電阻率是量子化的,RNL=h/e2;而在相反的情形下lω,非局域電阻率是指數(shù)減小的。其物理原因是因?yàn)楣茸杂啥榷x在倒空間,與器件本身的外廓形狀密切相關(guān),從而在lω條件下,逆量子谷霍爾效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致谷間散射的存在。這些發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,并說(shuō)明了實(shí)驗(yàn)為什么沒(méi)觀察到量子化的RNL。我們還發(fā)現(xiàn)量子化的非局域電阻率非常穩(wěn)健,獨(dú)立于器件的毛邊和靜態(tài)無(wú)序。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O469

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本文編號(hào)：1287369