鋸齒型石墨烯納米帶邊界態(tài)的研究.pdf

1、石墨烯具有奇特的電學(xué)，光學(xué)性質(zhì)和量子特征。石墨烯特殊的性質(zhì)一直是凝聚態(tài)的熱點(diǎn)。大量的研究結(jié)果表明邊界結(jié)構(gòu)的變化或幾何缺陷會導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)，特別是邊界帶結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大的變化;另一方面在哈密頓量中引入自旋軌道耦合作用后，出現(xiàn)穿過費(fèi)米面的不同自旋的邊界帶，成為量子自旋霍爾系統(tǒng)，而加入在位Coulomb作用后，出現(xiàn)較大能隙，邊界帶不再穿過費(fèi)米面，而變成非量子自旋霍爾系統(tǒng)。因此，本文的研究工作正是針對以上兩個方面開展進(jìn)行的。
　　首先，在描述自

2、旋軌道耦合的緊束縛Kane-Mele模型的基上，我們在哈密頓量中引入格點(diǎn)在位庫侖作用項(xiàng)和外加磁場導(dǎo)致的塞曼作用項(xiàng)，分別研究各項(xiàng)在鋸齒型石墨烯納米帶的電子結(jié)構(gòu)中的邊界帶及其上狀態(tài)電子的空間分布中的影響。研究結(jié)果表明在系統(tǒng)中存在庫侖作用U項(xiàng)時，塞曼作用項(xiàng)在保持邊界帶穿過費(fèi)米能上具有非常重要的作用;同時庫侖作用項(xiàng)能消除窄納米帶上兩個不同邊界態(tài)的耦合作用。進(jìn)一步分析在k空間的周期邊界處的能量色散關(guān)系，顯示出穿過費(fèi)米能的電子分布在不同邊界的兩類子

3、邊界帶在此處能量相等，自旋方向相同，一個子邊界帶轉(zhuǎn)換為另一個子邊界帶，電子的空間分布發(fā)生相互轉(zhuǎn)換，與數(shù)學(xué)中的莫比烏斯帶一樣;這與盛利等人描述的量子自旋霍爾體系一致。
　　然后，在本文第四章中，我們調(diào)整邊界處原子與最近鄰的躍遷系數(shù)以模擬周圍環(huán)境對石墨烯納米帶的邊界原子的影響。能帶結(jié)構(gòu)和電子在空間各格點(diǎn)上的占據(jù)幾率結(jié)果顯示，在單邊躍遷系數(shù)改變的情況下，整體能帶結(jié)構(gòu)不再具有相對于0.5的對稱性，結(jié)果顯示對應(yīng)邊界子能帶系的費(fèi)米波矢和能隙變

4、化很大，當(dāng)躍遷系數(shù)變小時，對應(yīng)該邊界子能帶系中的邊界態(tài)范圍增大;當(dāng)dt=-0.2，遠(yuǎn)離k=0.5的邊界態(tài)，在該邊界處的電子幾率很高，說明該邊界態(tài)效應(yīng)增強(qiáng)。而在雙邊界處躍遷系數(shù)變化的情況下，系統(tǒng)的對稱性沒有被破壞，能帶結(jié)構(gòu)依舊關(guān)于k=0.5保持對稱。但是隨著躍遷系數(shù)的變小，左右費(fèi)米波矢互相遠(yuǎn)離，左右能隙一起增大;當(dāng)dt=-0.2，即使遠(yuǎn)離k=0.5，四個邊界態(tài)中的電子在相應(yīng)邊界格點(diǎn)上的幾率仍然高于其他格點(diǎn)，邊界態(tài)范圍增大，這些結(jié)果說明在兩