石墨烯多層和超晶格的電子特性

《石墨烯多層和超晶格的電子特性》是依託吉林大學，由鄭以松擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯多層和超晶格的電子特性
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄭以松
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

本申請課題擬對石墨烯多層和石墨烯超晶格的電子特性做理論上的研究。石墨烯多層和超晶格中的電子性質既有別於石墨烯單層中的無質量的Dirac電子，又從本質上不同於普通固體材料中的薛丁格電子。石墨烯多層中的電子結構依賴於其層數、堆疊序、層間晶向夾角及門電壓的調節；而石墨烯的Dirac電子的本質決定了其超晶格的電子特性不同於普通的半導體超晶格結構。這些因素使得石墨烯多層和超晶格中電子的能譜、手征性、Berry相及有效質量等性質相比於石墨烯單層有新的特點。而這些電子特性又將影響電子的輸運性質和光學過程，諸如最小電導率、量子Hall效應、反常弱局域化效應、自發磁化及磁光效應等可測量的物理現象將在石墨烯多層和超晶格中有新的表現形式。本申請課題將圍繞上面提到的問題,系統地研究各種石墨烯多層和超晶格的電子結構及其輸運和光學性質，目的在於揭示碳基材料的新型電子性質，並從中提煉一些有器件套用價值的物理構想。

結題摘要

本受資助課題針對石墨烯多層和石墨烯超晶格的電子特性開展了理論上的研究。石墨烯多層和超晶格中的電子性質既有別於石墨烯單層中的無質量的Dirac電子，又從本質上不同於普通固體材料中的薛丁格電子。系統研究這些結構中的電子特性有助於加深對Dirac費米子物理規律的理解, 揭示碳基材料的新型電子性質，並從中提煉一些有器件套用價值的物理構想。具體地講,本課題主要開展了如下幾項研究工作並取得了相應成果：（1）計算了石墨烯被一維電勢場調製後所形成的超晶格處於磁場中的能帶結構以及磁輸運現象。發現隨著多個Dirac點的形成，在磁場由弱變強的過程中，這種超晶格的磁微帶的簡併度和色散關係都有本質上的改變；電導率則在弱場和中場時表現了很強的各向異性。（2）研究了兩磁性雜質被吸附在AB-堆疊的多層石墨烯表面格點上的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用。發現了不同於在單層石墨烯中RKKY相互作用的一些性質：層數的奇偶性影響了RKKY相互作用隨層數的變化規律，而且兩雜質所處的子格點也對該作用的變換有決定性作用。（3）計算了由周期性排布的線缺陷形成的石墨烯超晶格的能帶結構，並在此基礎上提出了此種石墨烯超晶格可替代石墨烯zigzag條帶實現谷過濾和谷閥效應，為“谷電子學”提供了新的器件設計思想。（4）建立了跨越石墨烯線缺陷的Dirac旋量波函式的連線條件，使Dirac方程方法可推廣套用於石墨烯線缺陷超晶格結構，為研究該類超晶格的電子特性提供了新的理論方法。（5）研究了由磁性原子摻雜所形成的石墨烯超晶格的電子和磁學性質，並提出了實現自旋極化電子輸運的石墨烯器件模型。這些研究成果豐富了石墨烯的電子理論，所發表的相關學術論文得到了國際同行的關注