硅烯介观结构中量子旋量态的输运调控

发布时间：2021-04-02 16:01

　　硅烯是近年来实验上合成的一种类石墨烯材料,除了具有与石墨烯相似的Dirac物性以外,还具有其它奇异的物理性质,如:电场可控的带隙、较强的自旋轨道耦合效应、特殊的自旋谷锁定等,这些性质是研究拓扑量子态、构建硅基原子级光电器件的重要载体。在这些奇异物性的基础上,应用模型哈密顿量的方法,本文重点研究了不同的硅烯介观结构中量子旋量态的输运调控。在硅烯量子结构中旋量态驻留时间的评价、类光输运、量子点束缚态等主题上取得了相应的研究成果,简要概括如下:1)硅烯介观结构中驻留时间的评价。以硅烯所具有门控的电子特征为基础,对于狄拉克电子量子隧穿硅烯单门和多门的纳米结构,我们系统的评估了驻留时间并展示:对于硅烯单势垒的纳米结构,由于硅烯具有一个有限大小的自旋轨道带隙,因此在正入射的情况下Hartman效应仍然可以被观察到,这个结果显然不同于石墨烯的情况。结合硅烯所具有电场可控的带隙特征,通过门电场的调控,Hartman效应是可以灵活地被打开或者关闭的。对于对称和非对称的硅烯双势垒结构,驻留时间严重依赖于前（后）势垒的大小和形状。在固态纳米结构中,这些结果对于我们在实验上去检测Hartman效应和基本的理解... 

【文章来源】：昆明理工大学云南省

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１石墨烯的晶格结构（ａ）和能带结构（ｂ）??

介绍其研宄进展。??１．２硅烯的研究进展??如图１．２所示，图（ａ）和（ｂ）分别画出了硅烯的侧视图和俯视图。对比于石墨??烯的二维平面结构，由于硅烯具有更大的原子半径使得其晶格结构发生了轻微的??屈曲（如图（ｃ）所示），图（ｃ）定义了一个起伏角０。这就使得在外电场的调控下硅烯??表现出了场控的带隙特征。如图（ｄ）所示，由于硅烯具有更大的自旋轨道耦合作??用，因此产生了一个约为１．５５ｍｅＶ的能隙。除此之外，考虑到硅烯还具有其它??一些石墨烯不具备的优势，比如说：与硅基集成工艺具有很好的兼容性、自旋－??谷锁定的特征以及在地壳中含量很高等。??（ａ）?（ｃ）?Ｚ??ｐ?－，．气?ｐ?－－?■?＃?ＩＴ?１１１１１１１??（ｂ）?４?＞－■■■＿■＜?＞?（ｄ）?＾??＇?ａｉ?－?ｗ??图１．２硅烯的晶体结构和能带图【２３］。（ａ）和（ｂ）分别对应侧视图和俯视图。（ｃ）定义了一个起伏??角度。（ｄ）为硅烯的能带图。放大的部分表示：硅烯的自旋轨道耦合作用产生了一个约为??１．５５ｍｃＶ的能隙。??早在１９９４年，Ｔａｋｅｄａ等人１２４］就己经对这种类石墨的硅结构进行了理论的研??宄。随后

个结构所需时间相关的问题是值得我们去研究和摸索的。??２．２理论模型和推导过程??图２．１（ａ）和（ｂ）分别画出了考虑的理论模型和硅烯双门纳米结构势的形状。在??图２．１（ａ）中，从下往上的结构分别为：衬底、硅烯薄膜、介电层、门电极。具体??来讲，硅烯薄膜是夹杂在衬底和一片薄的绝缘层之间，绝缘层上是两个宽为ｄ??的门电极，两个门电极之间的间隔是ｗ。在门偏压的作用下，势的分布可以被很??好的调节，形成了各种硅烯势垒结构，从而进一步的调控了?Ｄｉｍｅ费米子的输运??行为。假设两个门的调控是同步和统一的，图２．１（ｂ）画出了双门调控下势的分布。??从图中可以明显看到，与零带隙的石墨烯相比，硅烯具有一个自旋－轨道带隙。??因此，在静电势Ｕ和门电场么２的同时调控下，将会呈现出一系列不同的能带排??列


本文编号：3115542