《單層石墨體系的電子結構及其量子輸運性質的理論研究》是依託中國科學技術大學，由石勤偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：單層石墨體系的電子結構及其量子輸運性質的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：石勤偉
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
單層石墨體系作為一種構建碳基電子學的新型材料,已呈現出多種新奇的物理現象，近年來成為人們關注和研究的新熱點。本項目將結合數值模擬與解析理論,系統地研究無序對單層石墨電子結構和量子輸運性質的影響。在短程無序、長程無序以及隨機磁場條件下,通過計算準粒子的態密度、平均自由程以及局域化長度等物理量，系統地揭示無序作用對該體系電子結構的影響；通過研究無序環境下準粒子波包顫動的一些動力學特徵和現象，更完整地理解波包顫動同準粒子量子輸運性質的關聯；此外，我們將在摹本理論和超對稱理論等場論方法的框架下，發展有關單層石墨體系的新的非微擾低能有效場理論，從而描述由無序驅動的金屬絕緣體相變，並通過重整化群計算，進一步理解不同對稱性對其臨界現象的影響。本項目的研究，有望進一步完善人們對該體系中一些奇異現象的理解和認識，並能夠為將來設計與製備基於單層石墨體系的量子器件及電路提供依據和指導。
結題摘要
單層石墨體系作為一種構建碳基電子學的新型材料,已呈現出多種新奇的物理現象，近年來成為人們關注和研究的新熱點。本項目結合數值模擬與解析理論,系統地研究無序對單層石墨電子結構和量子輸運性質的影響。分別在短程無序及共振散射情形下,通過計算準粒子的譜密度、平均自由程以及局域化長度等物理量，系統地揭示無序帶來的多重散射作用對該體系電子結構有強烈影響：短程無序會導致狄拉克點附近的電子群速度被大大降低，而共振散射會完全破壞原有的狄拉克錐結構，打開一個由無序濃度決定的能隙，這一結果定性地與最新的角分辨光譜（ARPES）實驗結果一致。 在強磁場下我們進一步研究了無序對石墨烯中的朗道能級影響。首先，我們研究了短程無序影響下的單層石墨烯的電子結構，得到了電子的態密度以及朗道能級的移動和無序的關係，對最近發表的紅外譜研究石墨烯中電子迴旋共振的實驗結果提出更自然的解釋。此外，我們研究了不同力程的高斯型雜質勢對單層石墨體系中朗道子帶的影響，我們發現體系中朗道子帶的平均態密度的形狀是高斯型的，而局域態密度和洛倫茲函式符合的更好。這一結論可以統一解釋依賴於總態密度（磁熱容、磁比熱等）或局域態密度（掃描隧道顯微鏡（STM/STS））的實驗結果，也可以用來解釋傳統二維電子氣的情形。 我們還發現，在強磁場條件下，單層石墨體系中本徵的無序褶皺（Ripples）效應以及晶格派爾斯相變（Peierls lattice distortion）的相互競爭機制決定了填充數為零（n=0）附近的金屬-絕緣體相變行為，合理地解釋實驗上所觀測到的磁場驅動的金屬-絕緣體相變行為。
