硅烯及其纳米带光电特性的磁电调控研究

发布时间：2017-12-14 15:34

  本文关键词：硅烯及其纳米带光电特性的磁电调控研究

  更多相关文章： 硅烯及其纳米带 光电性质 电场调控 紧束缚近似 带间跃迁理论

【摘要】：硅烯是单层硅原子薄膜,具有与石墨烯类似的蜂窝状晶体结构,因其特殊的结构和性能,近年来成为凝聚态物理、材料、化学和信息技术等学科领域备受关注的交叉研究热点之一。较强的自旋轨道相互作用使硅烯比石墨烯具有更为优异和独特的物理、化学特性,其在微纳光(自旋)电子器件等方面有着重要的潜在应用前景。此外,准一维的硅烯纳米带既能展现量子受限体系的特性,又是基于硅烯纳米器件的基本单元,其物理性质越来越受到人们的关注。本论文采用紧束缚近似下的低能有效哈密顿模型和半导体带间跃迁理论等方法,围绕硅烯及其纳米带的电子输运性质和光学性质及其外部电磁调控展开研究。全文共分为五章。第一章为绪论部分,简要介绍硅烯的发现及其实验制备,硅烯的电子结构和半导体带间跃迁理论。第二章利用低能有效哈密顿模型和半导体带间跃迁理论,研究硅烯的电子结构、光学性质及其外部电磁调控。从硅烯紧束缚近似下的低能有效哈密顿量出发,通过求解本征方程获得电子能带结构和体系波函数。然后在半导体带间跃迁理论框架下求得系统光学跃迁矩阵元和介电函数、折射率、消光系数、吸收系数、电子能量耗散谱及光电导等光学性质。研究结果表明,体系电子结构在电磁场作用下可以被调制为自旋简并态、拓扑绝缘态、谷-自旋极化金属态和带绝缘态,其在临界电磁场下发生由拓扑绝缘态到带绝缘态的量子相变。在电磁场辐照下,系统的光学常数随着电磁场辐照频率的增强而下降。此外,系统拓扑绝缘态自旋向上和向下价带到导带间的光学跃迁随着子晶格错位势的增加分别红移和蓝移,而带绝缘态自旋向上和向下价带到导带间的光学跃迁随着子晶格错位势的增加蓝移。第三章在紧束缚近似和偶极近似基础上,利用线性响应理论,研究了外加电磁场辐照下理想半导体性9-/10-和金属性11-扶手椅型硅烯纳米带的电子结构、偶极跃迁和光学性质。研究发现,扶手椅型硅烯纳米带中较小旁带子标价带与导带间的偶极跃迁一直增大,而较大旁带子标价带与导带间的量子跃迁先增大后减小。此外,9-,10-和11-扶手椅型硅烯纳米带的电导率、介电函数等光学常数在红外到紫外的宽域能量范围,并强烈依赖于条带宽度和外加电磁场辐照频率。半导体性9-/10-扶手椅型硅烯纳米带的光学响应主要来自相同或不同子标价带与导带间的量子跃迁,而金属性11-扶手椅型硅烯纳米带的光学共振主要来自不同子标价带与导带间的量子跃迁。第四章研究了外加电磁场辐照下理想8-和16-锯齿型硅烯纳米带的电子能带结构、偶极跃迁和光学性质。研究表明,8-和16-锯齿型硅烯纳米带的电导率、介电函数和电子能量耗散谱在红外到紫外宽频的能量范围,并敏感依赖于条带宽度和外加电磁场辐照频率。此外,8-和16-锯齿型硅烯纳米带的电导率、介电函数及电子能量耗散谱等光学性质主要来自边沿态与体态子带间、相同旁带指标的体态价带与导带间的光学跃迁。以上研究结果对探索硅基纳米光电子器件的新效应和光电应用具有一定的理论指导意义。第五章,对本文的工作作了总结和归纳,并对硅烯及其纳米带的光电性质及其外部电磁调控方面作了展望。
【学位授予单位】：吉首大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ264.1;TB383.1

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 袁颂东;曹小艳;王小波;石彪;汪金方;;掺银二氧化钛纳米带的制备及其光催化性能研究[J];材料工程;2009年10期

2 杨志雄;杨金新;刘琦;谢禹鑫;熊翔;欧阳方平;;扶手椅型二硫化钼纳米带的电子结构与边缘修饰[J];物理化学学报;2013年08期

3 ;留美中国专家发现并合成“纳米带”[J];世界科技研究与发展;2001年02期

4 ;纳米带[J];新材料产业;2002年05期

5 杨枣;彭坤;袁缓;刘富生;胡爱平;;纳米带的研究进展[J];材料科学与工艺;2006年05期

6 ;石墨纳米带有望成半导体新材料[J];材料导报;2008年S2期

7 黄岚;张宇;郭志睿;顾宁;;半胱氨酸诱导金纳米带室温合成[J];科学通报;2008年20期

8 王卓华;;温和条件下碲纳米带的稳定性研究[J];建材世界;2009年04期

9 陈伟;付红兵;姚建年;;1,3-二苯基-2-吡唑啉纳米带的制备及其光波导性质[J];高等学校化学学报;2010年03期

10 宋玉哲;董佳敏;刘斌;王运福;李旭东;刘国汉;;硝酸诱导金纳米带的晶种法制备及光谱表征[J];稀有金属材料与工程;2010年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 周中军;李志儒;黄旭日;孙家钟;;氨基取代和锂掺杂纳米带导致大的静态第一超极化率[A];第十届全国计算(机)化学学术会议论文摘要集[C];2009年

2 杨冬;王非;翟雷应;梁建;马淑芳;许并社;;氮化镓纳米带的制备和表征[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年

3 王彦敏;堵国君;黄林勇;刘宏;王继扬;;单晶铋纳米带的制备与生长机制研究[A];中国晶体学会第四届全国会员代表大会暨学术会议学术论文摘要集[C];2008年

4 刘宏;周伟家;赵振环;田健;王继扬;;二氧化钛纳米带表面异质结构:设计、制备和应用[A];第十六届全国晶体生长与材料学术会议论文集-08纳米晶体及其表征[C];2012年

5 王立峰;;单层石墨纳米带的中弯曲波的非局部弹性理论研究及分子动力学模拟[A];第十二届全国物理力学学术会议论文摘要集[C];2012年

6 查文珂;何莉萍;;石墨烯纳米带掺杂球形磷酸铁锂的制备及性能[A];中国固态离子学暨电池材料青年学术论坛——论文摘要集[C];2013年

7 吕超;陈晓;靖波;;离子自组装制备有机荧光纳米带[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年

8 李英;马秀良;;ZnO纳米带的电子显微学研究[A];第十三届全国电子显微学会议论文集[C];2004年

9 李英;徐舸;杨春娜;马秀良;;正交相SnO_2纳米带的电子显微学研究[A];2006年全国电子显微学会议论文集[C];2006年

10 李大鹏;王冠中;;氧化物半导体超晶格纳米带自组装生长和结构表征[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 柯仁;纳米材料的新朋友“纳米带”[N];北京科技报;2001年

2 柏林记者　张兆军;我合成首例单晶碲化物纳米带[N];科技日报;2007年

3 黄敏;光能“拧弯”物体[N];新华每日电讯;2010年

4 记者 李宏策 刘霞;新法制得高质量石墨烯纳米带[N];科技日报;2014年

5 张小军;留美中国专家发现并合成“纳米带”[N];大众科技报;2001年

6 李宏策;石墨烯纳米带生产新工艺开发成功[N];科技日报;2012年

7 郝钢;我国科学家合成世界首例单晶碲化物纳米带[N];中国有色金属报;2007年

8 记者 刘霞;美首次“种”出石墨烯纳米带[N];科技日报;2013年

9 记者 张小军;发现并合成“纳米带”[N];新华每日电讯;2001年

10 董映璧;新加坡用激光让硫化镉纳米带降温40℃[N];科技日报;2013年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 宋玉玲;硅纳米带及氟饱和氮化铝纳米带的第一性原理研究[D];陕西师范大学;2012年

2 易均辉;钛基底上一维二氧化钛复合光催化剂的制备及其可见光催化性能研究[D];华南理工大学;2015年

3 许冠辰;化学气相沉积法控制合成低维过渡金属硫族化合物的研究[D];山东大学;2015年

4 衡伯军;Cu_2O和CuO纳微米材料的可控制备及性能研究[D];华中师范大学;2013年

5 李兆国;拓扑绝缘体Bi_2Te_2Se纳米带的量子相干输运实验研究[D];南京大学;2014年

6 吴文志;类石墨烯二维材料及其纳米带的物理力学性能研究[D];南京航空航天大学;2013年

7 白慧;硼球烯B_(40)的化学修饰[D];山西大学;2015年

8 张小欧;新型低维材料电磁和输运性质的数值模拟研究[D];南京大学;2015年

9 马玲;改性石墨烯储氢和气敏性质及硅纳米带掺杂特性的第一性原理研究[D];陕西师范大学;2015年

10 郑亚荣;基于廉价金属复合材料电催化剂设计、合成及性能研究[D];中国科学技术大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 孙霞;稀土钙钛矿型氧化物纳米带的制备及光催化性质研究[D];长春理工大学;2011年

2 孙楠楠;钛碳二维结构的理论研究[D];河北师范大学;2015年

3 曹杉杉;锂电池正极材料钒酸铵的制备及其性能研究[D];陕西科技大学;2015年

4 陈洁;掺杂对锯齿型硅烯纳米带输运性质的影响[D];苏州大学;2015年

5 徐龙;Ti原子吸附对锯齿型硅烯纳米带的电、磁和热电性质的影响[D];苏州大学;2015年

6 姜彤彤;Au-Pd双金属催化剂的制备及其催化性能研究[D];山东大学;2015年

7 龚乃良;稀土（Er~(3+),Yb~(3+)）掺杂SnO_2纳米带的制备及气敏性质研究[D];云南师范大学;2015年

8 刘靖逸;卤氧化铋多级结构的制备及其可见光催化性能研究[D];山东大学;2015年

9 张选梅;锯齿形硅烯纳米带电学性质的第一性原理研究[D];重庆大学;2015年

10 李敏;单面氢化石墨烯的结构、能带调控以及二硫化钼纳米带的边缘功能化的第一性原理研究[D];苏州大学;2015年

，

本文编号：1288440