矽烯異質結及納米帶的輸運性質研究

《矽烯異質結及納米帶的輸運性質研究》是依託杭州電子科技大學，由李源擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：矽烯異質結及納米帶的輸運性質研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李源
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

矽烯具有低翹曲度的蜂窩狀結構，呈現狄拉克費米子特性且易受外場調控，這種新奇量子物態及其性質近年來廣受關注。本項目擬研究矽烯異質結和納米帶的Klein隧穿、谷極化和自旋極化等輸運問題，著重關注低翹曲度結構引發的調控特性。具體研究內容為：（1）研究p-n型、p-n-p型矽烯異質結中Klein隧穿與格點躍遷係數、電勢構型的依賴關係；（2）分析自旋-軌道耦合參數和外電場，對谷極化率及谷閥效應的共同影響，給出有效調節谷極化率的矽烯異質結參數和外場條件；（3）研究矽烯納米條帶邊緣形貌、寬度、格點躍遷係數、缺陷對體系能帶結構、輸運性質的影響，考慮電場的共同作用效果；（4）計算磁場作用下矽烯體系的能帶結構，研究磁場強度和方向對矽烯薄膜、納米條帶自旋極化、谷極化及電導的具體影響。探索矽烯異質結和納米帶中的新量子效應，為從原理上設計一些結構新穎、性能優異和功能可調的電子器件奠定物理基礎。

結題摘要

矽烯獨特的，低翹曲度的蜂窩狀結構，將谷自由度、自旋自由度耦合在一起，呈現豐富的谷極化效應，激發了物理學家極大的研究熱情。本課題研究了矽烯異質結中應力調控的自旋和谷極化輸運。我們發現，當只有應力作用時，不同能谷的透射曲線向相反方向偏移，自旋上和下的透射曲線重合。而當應力和外電場共同作用時，不同能谷和不同自旋的透射曲線均向相反方向偏移。因此，通過改變應力的大小和方向，可有效調控谷極化和自旋極化輸運。應力誘導的谷和自旋偏移現象，可用來設計矽基谷電子學器件。研究了窄縮型矽烯納米條帶谷極化輸運的外場調控作用。在中心散射區施加電勢能，其子能帶向上移動，從而與散射區外的能量不匹配，誘導了谷極化輸運。當不存在電場和應力時，電勢能和窄縮形結構產生了能帶不匹配，使得電導呈現清晰的谷極化和零電導行為。外電場可打開能隙，導致額外的零電導。分析了石墨烯p-n-p、p-n結在外磁場作用下的Klein隧穿效應，發現磁場會破壞完美的Klein隧穿，並使角分辨透射率曲線向特定方向偏移。解析推導了透射曲線偏移垂直方向的對稱軸，當磁場大於某個臨界值時，無論勢壘高度為多少，體系電導趨於零，實現了狄拉克費米子的磁場調控。拓展研究了包含自旋-軌道耦合相互作用的磷烯光躍遷現象。發現沿不同波矢方向，價帶到導帶的自旋翻轉躍遷呈現顯著的各向異性，而自旋守恆躍遷各向同性且基本不變。在圓偏光作用下，實驗觀察到二硫化鉬中存在谷霍爾效應。谷霍爾信號存在相移且為周期函式，驗證了自旋和谷間的強耦合效應。