石墨烯新型拓扑态研究

发布时间：2017-08-16 11:09

  本文关键词：石墨烯新型拓扑态研究

  更多相关文章： 石墨烯 超晶格 谷 量子霍尔效应 边缘态

【摘要】：石墨烯是一种新型的二维碳材料,由于其独特的电子性质,石墨烯成为物理学领域的热点研究对象之一。研究不同环境下石墨烯中的量子拓扑性质,对新一代纳米电子器件的研制有着重要的意义。在本文中,我们主要从理论上研究石墨烯超晶格体系中的量子霍尔效应,发现了新型的谷手征性分离的拓扑态。论文的主要内容如下：在第一章中,我们介绍了石墨烯的基本性质,包括石墨烯的晶格结构、能带结构。同时,我们介绍了几种常用的计算石墨烯输运性质的理论方法。此外,为了与石墨烯中的奇异量子霍尔效应做比较,我们还简要介绍了传统量子霍尔效应。在第二章中,我们主要介绍了紧束缚模型和数值计算霍尔电导率的方法。在此基础上,我们计算了单层和双层石墨烯中的量子霍尔效应。结果表明,在能带中心,两种体系中都不存在σxy为零的平台,但在双层石墨烯中,霍尔电导在零能量处的跃变阶梯高度为其他阶梯高度的两倍。同时,我们也利用低能连续模型和久保公式,研究了石墨烯在无磁场、仅存在交错势时的量子谷霍尔效应。这些结果和文献报道一致。在第三章中,我们运用上面的方法,通过解析推导和数值计算的方式,研究了新的石墨烯体系—石墨烯-In2Te2超晶格中的新型量子霍尔态。我们发现当施加垂直磁场时,石墨烯超晶格中出现了通常的非石墨体系的量子霍尔效应。在能带中心附近,霍尔电导可表示为：σxy=νe2/h(ν=0,±1,±2,...)。在零霍尔平台内,系统中出现了谷手征性分离的拓扑态,它来源于单一的K谷或K'谷,仅位于样品的一个边界上,而样品的另外一个边界保持绝缘状态。这个谷手征性分离的拓扑态仅仅对样品的纵向电导有贡献,但是对霍尔电导率没有贡献。在第四章中,我们对本论文做了一个简单的总结和展望。
【关键词】：石墨烯 超晶格 谷 量子霍尔效应 边缘态
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 石墨烯电子结构及紧束缚近似方法9-11
• 1.2.1 石墨烯晶格结构9-10
• 1.2.2 紧束缚近似方法与石墨烯能带结构10-11
• 1.3 经典霍尔效应及整数量子霍尔效应11-13
• 1.3.1 经典霍尔效应11-12
• 1.3.2 整数量子霍尔效应12-13
• 1.4 拓扑性及霍尔电导13-15
• 1.4.1 拓扑性13-14
• 1.4.2 贝里相位和霍尔电导14-15
• 1.5 本文的主要研究内容15-17
• 第二章 石墨烯中的量子霍尔效应17-27
• 2.1 引言17-18
• 2.2 单层石墨烯中的量子霍尔效应18-20
• 2.2.1 模型与方法18
• 2.2.2 计算与讨论18-20
• 2.3 单层石墨烯中的量子谷霍尔效应20-22
• 2.3.1 系统模型及本征态20-21
• 2.3.2 贝里曲率及霍尔电导21-22
• 2.4 双层石墨烯中的奇异量子霍尔效应22-25
• 2.4.1 模型与方法22-23
• 2.4.2 计算与讨论23-25
• 2.5 小结25-27
• 第三章 石墨烯超晶格中谷手征性分离的拓扑态27-39
• 3.1 引言27
• 3.2 连续模型下石墨烯超晶格系统中的霍尔电导率27-32
• 3.2.1 模型与方法27-29
• 3.2.2 计算与讨论29-32
• 3.3 石墨烯超晶格中谷手征性分离的拓扑态32-38
• 3.3.1 模型与方法32-33
• 3.3.2 结果与讨论33-38
• 3.4 小结38-39
• 第四章 结论与展望39-41
• 4.1 结论39
• 4.2 展望39-41
• 参考文献41-44
• 致谢44-45
• 作者简介45

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本文编号：682935