石墨烯中零模态在超导界面的安德烈夫反射

发布时间：2017-08-22 14:14

  本文关键词：石墨烯中零模态在超导界面的安德烈夫反射

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【摘要】：自2004年英国曼彻斯特大学两位物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在实验室成功制得单层石墨后,石墨烯就引起了各个研究领域极大的关注。经过近十多年的探究与发展,人们发现石墨烯具有独特的物理和化学性质,迅速成为目前材料科学和凝聚态物理研究的热点之一。日前关于石墨烯的制备合成方法,石墨烯的性质特征的研究以及石墨烯的应用都取得了巨大的进展。在石墨烯和超导界面上发生的安德烈夫反射也有别于普通金属和超导之间的安德烈夫反射。本论文主要选择了凝聚态物理的研究热点石墨烯和超导体,用石墨烯和超导体形成的异质结为基本模型,研究石墨烯线缺陷中的准一维态的安德烈夫反射。二维材料中的零线模态为电子的输运提供了准一维的路径：二维蜂窝材料中若存在使得两侧电子有效质量异号的线缺陷,则在线缺陷内会形成一维的电子通道。由于传输模的在动量空间分属两个谷,因此相隔较远,其背散射不太容易发生。我们从理论上研究了石墨烯中的零模在石墨烯-超导异质结界面发生的安德烈夫反射。对于两端口体系,当石墨烯是锯齿型边缘时,安德烈夫反射系数可以很大,也可以被强烈抑制,这取决于石墨烯的堆栈特征,此时纳米带中相应传输波函数的对称性质也不同。然而,在扶手椅边缘的石墨烯模型中,安德烈夫反射系数却很大,与堆栈特征无关,源于波函数对称性的缺失。当零线模态在传输过程中垂直改变方向时,且当入射电子从锯齿型边缘石墨烯模型入射,将发生完美的安德烈夫反射,系数为1。在锯齿型边缘的四端口混合模型中,发射回的空穴发生了干涉加强,导致完美安德烈夫反射,交叉安德烈夫反射的消失。对于扶手椅边缘模型,干涉效应消失,是因为从一条路径的安德烈夫反射被禁止。在四端口模型中的安德烈夫反射干涉效应可以通过中心区域的态密度来解释。由于零模波是严格谷极化的,因此以上研究对于设计谷电子学中的超导量子干涉器件有指导意义。
【关键词】：电子输运 安德烈夫反射 石墨烯 零线模态
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 引言8-12
• 1.1.1 凝聚态物理简介8-9
• 1.1.2 介观体系9
• 1.1.3 石墨烯和超导材料简介9-11
• 1.1.4 安德烈夫反射概述11-12
• 1.2 研究现状12-15
• 1.2.1 石墨烯纳米带中的两种安德烈夫反射类型12-13
• 1.2.2 正常超导—石墨烯混合结界面的量子输运13-14
• 1.2.3 通过调控实现安德烈夫回射和镜面安德烈夫反射14-15
• 1.3 论文研究的背景15-16
• 1.4 本论文的主要研究方法、研究内容以及研究意义16-18
• 第二章 石墨烯的结构、性质以及相关的理论方法18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 碳元素的同素异形体18-21
• 2.3 石墨烯的晶体结构21-26
• 2.3.1 石墨烯的晶体结构和能态结构21-24
• 2.3.2 石墨烯纳米带24-26
• 2.4 石墨烯的性质26-27
• 2.5 相关理论方法27-32
• 2.5.1 紧束缚近似27
• 2.5.2 格林函数27-30
• 2.5.3 局域态密度30-32
• 第三章 两端口石墨烯中零模态在超导界面的安德烈夫反射32-42
• 3.1 引言32-33
• 3.2 模型方法33-34
• 3.3 数值结果和讨论34-41
• 3.3.1 两端口模型中水平的零线模态35-37
• 3.3.2 两端口模型中垂直的零线模态37-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 多端口石墨烯中零模态在超导界面的安德烈夫反射42-50
• 4.1 引言42-43
• 4.2 在锯齿型边缘模型的安德烈夫反射过程中ZLM的干涉现象43-46
• 4.3 在扶手椅边缘模型的安德烈夫反射过程中ZLM的干涉现象46-47
• 4.4 分析与讨论47-48
• 4.5 本章小结48-50
• 结论50-51
• 参考文献51-58
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果成58-59
• 致谢59

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