利用Andreev反射探测石墨烯纳米带中的谷过滤效应

发布时间：2020-05-23 15:44

【摘要】：由于二维蜂窝晶格材料的出现,谷电子学在最近十年里得到了长足的发展。石墨烯是谷电子学研究中常用材料体系,它的导带和价带相交于两个孤立的狄拉克(Dirac)点K和K?。这两个狄拉克点位于布里渊区边界,相隔很远,因此可以利用它们定义新的电子自由度:谷。类比于自旋电子学,谷电子学的研究目标是利用能谷自由度来操控电子,寻求其在半导体电子学和量子信息中的应用。在谷电子学中,谷过滤器(valley filter)扮演重要的角色,利用它可以产生和探测谷极化的电流。基于石墨烯的谷过滤器近些年已经有诸多理论方案被提出,但时至今日依旧没有从实验上验证这些谷过滤器的功能。第一个谷过滤器方案是弹道点接触(ballistic point contact)的锯齿形(Zigzag)石墨烯纳米带。本文中,我们提出利用Andreev反射来检测石墨烯纳米带中的谷过滤效应。通过散射矩阵分析和数值计算,我们发现谷完全极化时Andreev反射会被抑制。我们给出了电导对电子入射能量和局域门电压的依赖关系,它可以给出理想谷过滤效应的参数区间和谷极化方向。我们研究了Andreev反射和弹道点接触长度依赖关系。随着点接触长度增加,谷极化率增加,电导振荡减小直到趋于零,表明Andreev反射与谷极化率负相关。
【图文】：

碳原子,材料,石墨

带结构材料比较奇特，，有良好导电性的石墨，有坚硬的金刚之后的一些研究，便有人从实验上制备出了碳石墨烯是由碳原子组成的二维的正六边形晶体，最墨烯只由碳原子组成，但是石墨烯是复式格子，即 1947 年 Wallace 就从理论上研究了单层石墨[11]，而：由 McClure 和 Slonczewski J C 等人给出了能带结4]，Pauling 也提出基于苯的电学性质石墨烯应该是)[15]。在很早以前，有理论物理学家就预言石墨烯这来。但是，有着一批实验物理学家在制备石墨烯的路voselov在他们的实验室中制备出来。2010年的诺贝尔料这一领域作出了开创性的工作。石墨烯的出现，也了，富勒烯（60C ），碳纳米管，石墨烯，石墨跟金

布里渊区,石墨,晶格,最近邻

图 1.1.2 石墨烯晶格和布里渊区。左图:由两个相嵌的三角晶格组成的石墨烯晶格，即它由A 和 B 两套格子来描述，1a 和2a 是石墨烯的基矢，12 , 和3 是最近邻矢量。右图：石墨烯的布里渊区，狄拉克锥坐落在不等价的狄拉克点 K 和 K 。图引自[10]。图 1.1.2 左图是石墨烯晶体结构，它的基矢是 3,32,3,3212a aa a ，其中a 1.42 是两个碳原子最近距离。通过ijija b 2 ，可以求得倒格矢 b 21,33a,b21,33a12 。图 1.1.2 右图中正六边形是石墨烯的第一布里渊区，其中六个顶点可以等效成两个不等价的点 K 和 K ，我们称这两个点为狄拉克点， K 2 1,133a,K 2 1, 133a。实空间的三个最近邻矢量 1,32,1,32,1,0123 a a a。我们通过紧束缚近似方法求石墨烯的能带，在只考虑最近邻跃迁时紧束缚哈密顿量可以写成 H.c., i,j ijt ab(1.1.1)其中<i,j>表示最近邻的格点 i 和 j, t ( 2.8eV)是最近邻跃迁系数， ()ijab 是电子产生（湮灭）算符。将式 (1.1.1) 进行傅里叶变换，即从实空间变换到倒空间，通过下式
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11;TB383.1

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