《無序對石墨烯體系中電子結構和量子效應的影響》是依託北京大學，由馬中水擔任負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：無序對石墨烯體系中電子結構和量子效應的影響
- 項目負責人：馬中水
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
了解石墨烯中電子態性質對量子效應實施完全調控至關重要。與凝聚態物質中的量子態與量子效應直接相關，在本項目將結合實驗問題開展相關理論工作。運用數值計算對材料的無序對電子結構的改變進行分析，集中研究雜質、缺陷和吸附原子等對石墨烯能帶結構的影響，探討表面分子吸附、無序和應力等因素對石墨烯電子結構的影響機理，並對石墨烯和石墨烯條中的電荷輸運、光學性質等方面的進行理論分析和計算。此外，我們還將檢驗Landauer-Buttiker公式在石墨烯的量子輸運中的適用性和利用2+1維量子場論的描述探索石墨烯Dirac費米子手征對稱性破壞下的反常行為。
結題摘要
獲資助以來我們在石墨烯和低維系統的電子結構，量子輸運，及光學性質研究等方面進行了細緻的研究，並對碳基量子器件的實現做了相應的探索。在石墨烯基本性質的研究方面，就磁場下有限石墨烯帶不同邊構型的邊緣態做了分析，計算出兩類特殊邊構型附近的電流分布特徵，表明總霍爾電流與邊構型無關的整體特性。對霍爾區石墨烯縱向與橫向電導以及西貝克與能斯特係數間導數關係進行了實驗和理論研究。通過分析強電場和磁場下鋸齒邊石墨烯帶的電荷重新分布，自洽討論了對霍爾效應的影響，計算了相應的非線性霍爾電流。在自旋軌道耦合效應對石墨烯的影響研究中，通過光電導的計算分析了由贗自旋和真正自旋在晶格對稱性中誘導的能級劈裂而引起的共振回響，研究表明自旋軌道耦合能夠導致很強的THz回響。自旋軌道耦合破壞了磁場下石墨烯磁能帶結構的電子-空穴對稱性，使得霍爾電導呈現出與無自旋軌道耦合單層和雙層石墨烯所不同的結構特徵。作為套用，我們利用門電壓對石墨烯費米面的調製，提出了利用石墨烯構建調控橫向回響的一種可行機制。基於第一性原理計算，發現Klein邊界石墨烯納米帶的局域邊緣態呈現為鐵磁態。可控地打開能隙並保持較高的遷移率是當前石墨烯研究重要課題之一。我們計算在金屬單面吸附使得多層石墨烯能隙打開，通過非平衡格林函式方法和密度泛函方法計算單門多層石墨烯場效應管中零偏壓時的透射譜，展現了輸運能隙的存在。為了對墨烯射頻場效應器件提供理論指導，我們構建亞10nm 石墨烯射頻電晶體的進行相應的石墨烯器件模擬。第一性原理的量子輸運模擬發現亞10納米石墨烯電晶體截止頻率依然隨溝道長度減小而反比增大，最高可達幾十太赫茲。考慮到至今實驗還無法實施證明理論所預言的石墨烯中鏡像安德烈夫反射現象，結合自旋軌道耦合系統自旋極化帶的交叉點附近的行為，分析表明費米面的變化，給出能態密度呈一維特徵的新量子態。考慮反射過程中轉換出射空穴態和入射態電子間群和相速相對取向的變化，具體地分析了呈現鏡像安德列夫反射的原因。指出在低密度和強耦合極限下電子出現單螺旋度占據的情況，還將出現電子發生復徑反射。在雙層石墨烯和超導構成的異質結我們具體展現了電子的復徑反射和空穴的鏡向反射。此外，採用全量子主方程來研究穿梭振子在量子相干輸運中的效應。在兩微波場作用下耦合三量子點系統的電子輸運中，給出量子調控在微電子 Lambda-型能級結構實現電磁誘導的透明度和暗態等量子現象。
