本文關(guān)鍵詞：雙層石墨烯上的量子混沌散射

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【摘要】：量子輸運(yùn)是介觀物理中最活躍的領(lǐng)域之一,它研究的是介觀開放系統(tǒng)的電子輸運(yùn)性質(zhì)。最近實(shí)驗(yàn)上得到的二維石墨烯材料具有很多不同尋常的電子和輸運(yùn)性質(zhì),其費(fèi)米面附近的電子行為可由狄拉克方程描述。由于室溫下具有很高的電子遷移率,石墨烯引起了廣泛的關(guān)注并有可能導(dǎo)致一場信息技術(shù)的巨大進(jìn)步。鑒于雙層與單層石墨烯在微電子器件、自旋量子器件等方面有著極具潛力的應(yīng)用前景,其電荷與自旋輸運(yùn)性質(zhì)受到廣泛關(guān)注,本學(xué)位論文研究了幾種物理應(yīng)用背景下雙層與單層石墨烯的電荷與自旋輸運(yùn)性質(zhì)。第一章介紹了雙層石墨烯和單層石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)。隨后我們介紹了石墨烯系統(tǒng)的奇異物理性質(zhì),比如量子霍爾效應(yīng)、手征隧穿、最小電導(dǎo)率等。本學(xué)位論文主要關(guān)注這些奇特的性質(zhì)對(duì)雙層石墨烯和單層石墨烯的輸運(yùn)性質(zhì)的影響。在第二章中,我們?cè)敿?xì)介紹了本文所采用的主要研究工具:非平衡態(tài)格林函數(shù)和Landauer-Büttiker公式。隨后我們介紹了如何用非平衡態(tài)格林函數(shù)處理介觀系統(tǒng)輸運(yùn)問題。針對(duì)所要研究的系統(tǒng),給出了格林函數(shù)的矩陣形式。這是本文研究雙層與單層石墨烯的自旋與電荷輸運(yùn)性質(zhì)的主要方法。在第三章中,我們研究了混沌型、中間型、混合型三種經(jīng)典散射動(dòng)力學(xué)下雙層石墨烯量子點(diǎn)和非相對(duì)論性量子點(diǎn)的電導(dǎo)漲落。我們的目的主要是明晰相對(duì)于單層石墨烯,雙層石墨烯量子點(diǎn)系統(tǒng)的質(zhì)量效應(yīng)是否會(huì)消除強(qiáng)烈的電導(dǎo)漲落。我們?cè)陔p層石墨烯量子點(diǎn)的電導(dǎo)譜上仍然觀察到了強(qiáng)烈的漲落。這一鮮明特征,表明質(zhì)量項(xiàng)對(duì)相對(duì)論性量子輸運(yùn)只有很小的影響。另一個(gè)有趣的現(xiàn)象是,準(zhǔn)粒子沿著經(jīng)典的周期軌道在兩層之間反復(fù)的跳躍,呈現(xiàn)出了類似Zitterbewegung效應(yīng)。這些都說明在相對(duì)論性量子系統(tǒng)中電導(dǎo)或者透射系數(shù)的漲落都有顯著的提高,無論其準(zhǔn)粒子是否有質(zhì)量。在第四章中,我們研究了AB堆積型雙層石墨烯在外加勢場的情形下的量子隧穿效應(yīng),這種勢場形式用來模擬一種在介觀物理中必不可少的器件:量子點(diǎn)接觸器件。結(jié)果表明在雙層石墨烯中具有手征隧穿的電子在受到約束時(shí)總是通過勢能比較高的路徑,而這些在非相對(duì)論性量子系統(tǒng)中是沒有對(duì)應(yīng)的。同時(shí)由于雙層石墨烯晶格的D3d對(duì)稱性,局域態(tài)密度和電子流的圖樣都在空間分布上呈現(xiàn)一定的對(duì)稱性,并且具有手征隧穿的電子會(huì)導(dǎo)致一種極端的類似分形的電導(dǎo)漲落,此現(xiàn)象在普通二維電子氣上沒有觀察到。本章的結(jié)果對(duì)于基于雙層石墨烯的量子點(diǎn)接觸器件的設(shè)計(jì)有著指導(dǎo)作用。第五章中我們分別研究了在Rashba自旋軌道耦合與內(nèi)稟自旋軌道耦合的情況下鐵磁單層石墨烯結(jié)中自旋極化輸運(yùn)和電荷電導(dǎo)。計(jì)算結(jié)果表明,隨著自旋軌道耦合強(qiáng)度的增加,無論是在內(nèi)稟自旋軌道耦合還是Rashba自旋軌道耦合情形,自旋極化度都出現(xiàn)了明顯的退化。在Rashba自旋軌道耦合的情況下,自旋極化度和自旋電導(dǎo)分量都呈現(xiàn)出振蕩的特性。這些現(xiàn)象表明鐵磁交換場與自旋軌道耦合關(guān)于自旋極化是一對(duì)相互競爭的因素。這一結(jié)果對(duì)發(fā)展基于鐵磁單層石墨烯的擁有穩(wěn)定自旋極化特性的自旋過濾器具有啟發(fā)意義。最后一章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)以后的工作提出了一些展望。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O488;O469

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本文編號(hào)：1288326