發(fā)布時間：2018-04-17 03:34

  本文選題：納米電子學 + 硅烯�。� 參考：《南京大學》2016年博士論文

【摘要】：自從巨磁電阻發(fā)現以來,自旋電子學(Spintronics)就成為凝聚態(tài)物理研究的熱門方向之一。它是利用電子的自旋自由度,使固體器件中除電荷輸運外,還加入電子的自旋。自旋電子學應用包括自旋極化電流的產生、控制和檢測。比如通過自旋軌道耦合(Spin orbit coupling)可以簡單方便地用外電場或柵壓來實現對電子自旋自由度的調控。另外,自從2004年曼切斯特大學海姆(Geim)小組成功分離出單原子層的石墨材料一石墨烯(graphene)以來,單層石墨烯(Graphene)、硅烯(Silicene)和過渡金屬硫化物(MoS2)等二維材料在理論和應用領域都引起了極大的興趣。由于其特殊的六角晶格結構可以看成一個原胞中有兩個原子的三角格子(A,B子格自由度),它們的布里淵區(qū)中有兩個不等價的Dirac點,我們將兩個不等價Dirac點附近的能帶結構分別稱為K和K’谷。類比自旋電子學中對電子自旋自由度的研究思路,在谷電子學(valleytronics)中我們利用谷自由度作為信息載體,通過控制和操縱谷自由度來實現谷電子器件。在本論文中,我們利用Landauer-Buttiker公式和散射矩陣方法從理論上研究了納米結構中電子的自旋自由度和谷自由度輸運性質,為實現電子的自旋極化與谷極化輸運提供了一些物理模型。論文的主要內容如下：在第一章中,我們首先簡單的介紹一下納米電子學。接下來對石墨烯和硅烯進行了簡單介紹,主要涉及它們的基本物理性質。另外,我們還會開辟一點篇幅介紹自旋電子學與谷電子學的進展。這些將更好幫助我們了解研究背景。另外,我們介紹了本論文中計算電子輸運的方法一散射矩陣方法,然后對散射矩陣的性質進行了簡單的討論。最后,借助散射矩陣對Landauer-Buttiker公式進行了詳細的推導。第二章運用散射矩陣方法和Landauer-B iittiker公式從理論上討論了普通/Rashba自旋軌道耦合／普通石墨結構中的自旋輸運現象。通過調節(jié)Rashba自旋軌道耦合區(qū)域的柵壓來改變此區(qū)域的勢壘高度,我們發(fā)現當體系中柵壓和Rashba自旋軌道耦合同時出現時,自旋分辨的透射概率依賴于入射電子入射角的方向,并且自旋極化效率是入射角的奇函數,而總的透射概率是入射角的偶函數。尤其我們發(fā)現可以通過柵壓來操控出射流的電子自旋極化率從正到負的變化。這些結果為在石墨烯上實現無需磁性材料的電子自旋注入提供了一個有效的途徑。在第三章中,我們研究了非磁性彈道納米結構中界面自旋軌道耦合和界面勢壘對電子自旋極化輸運性質的影響。利用模式匹配的散射矩陣方法,我們首先得到了在δ形和方形界面勢壘的情況下,隧穿系數與界面自旋軌道耦之間的表達式,然后從數值上分析了隧穿系數與界面自旋軌道耦合和入射角度的關系。最后,在存在界面自旋軌道耦合的納米結中,我們發(fā)現了自旋極化率隨著入射角的變化在正負值之間震蕩。這個發(fā)現為在非磁性彈道納米結構中實現自旋極化注入提供了有效的方法。第四章節(jié)中,從硅烯的有效哈密頓量出發(fā),運用模式匹配的散射矩陣方法,研究了普通/磁場控制/普通硅烯結構中電子的自旋極化和谷極化輸運性質。通過數值計算,我們發(fā)現運用雙柵壓可以調控硅烯中電子的自旋與谷過濾。同時發(fā)現,當通過雙柵壓改變硅烯中交錯勢的符號時,谷極化的方向會翻轉而自旋極化的方向保持不變。我們期望,這些發(fā)現對用單層硅烯結構設來計谷閥提供了很多有用的信息。在最后一章中,我們對全文的內容做了簡單的總結并對未來研究做了展望。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O469;TB383.1

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本文編號：1761906