硅烯纳米条带的输运性质

发布时间：2020-05-31 19:12

【摘要】：硅烯是一种新型的二维狄拉克材料,在形态上是一种硅原子单层晶格薄膜。硅烯具备和石墨烯近似的六角蜂窝状网格结构,其低能激发也是无质量的狄拉克费米子。从理论证明到试验制备,硅烯的发展才短短的数十年时间,但是由于它独特的结构和特性,如今已成为硅基材料、凝聚态物理、化学乃至电子信息等领域的热门研究方向。硅烯和石墨烯结构类似,硅烯几乎具备石墨烯所有奇特的量子效应。与石墨烯不同的是,硅烯具有一个特殊的低翘曲结构,正是这个结构使得硅烯可以支持相对较大的自旋轨道耦合,另外在狄拉克点K和K′位置开启了一个1.55me V的带隙。与石墨烯相比,硅烯与当代成熟的硅基半导体工艺的兼容性更加良好,因而在未来的自旋电子学和纳米电子学器件领域可能具有广泛的潜在应用前景。研究发现外加垂直电场可用来控制硅烯的带隙,并且在电场强度增大时引起拓扑相变。硅烯与硅基技术的相容性激发了许多有趣的研究,如自旋和谷-霍尔效应,量子反常霍尔效应,谷-自旋耦合等。文中我们研究了硅烯异质结的应变调控,并实现了自旋分离,我们希望在硅烯中打开一个较大的能隙和自旋轨道耦合,以达到二硫化物类似的谷电子器件效果。我们主要做了以下几点研究:(1)在应变和电场的共同影响下观察了硅烯的能带分离情况;(2)对硅烯施加外部应变,查看输运性质的改变;(3)对硅烯施加应变,查看谷传输性质的改变;(4)通过改变应变的拉伸角度来调节自旋极化。虽然硅烯在金属衬底上的实验制备已经可以实现,但是工艺仍较为复杂,所以目前的主要研究方式是采用计算机模拟。硅烯纳米带作为对硅烯特性研究的一个重要组成部分,对新材料的研究有很大的作用和影响,具有极其重要的科研价值。我们在研究中主要运用了半导体带间跃迁理论和紧束缚近似态下的低能有效哈密顿模型等手段,文中通过硅烯材料的光电特性和电子输运特性及其外加电磁场探究等开展了主要4部分的研究:(1)首先对纳米带做了两端均匀中心对称凹陷的变形处理,构建出了一个宽-窄-宽的凹陷纳米带模型,并通过模拟计算得到了各区域的能带图;(2)通过格林函数法模拟输出凹陷纳米带的透射谱;(3)对系统进行了外加电场和改变磁化强度处理,并观察体系特性的变化;(4)调整窄带的宽度,观察透射谱变化。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O613.72;TB383.1

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