本文選題：納米電子學(xué) + 硅烯�。� 參考：《南京大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：自從巨磁電阻發(fā)現(xiàn)以來,自旋電子學(xué)(Spintronics)就成為凝聚態(tài)物理研究的熱門方向之一。它是利用電子的自旋自由度,使固體器件中除電荷輸運(yùn)外,還加入電子的自旋。自旋電子學(xué)應(yīng)用包括自旋極化電流的產(chǎn)生、控制和檢測(cè)。比如通過自旋軌道耦合(Spin orbit coupling)可以簡(jiǎn)單方便地用外電場(chǎng)或柵壓來實(shí)現(xiàn)對(duì)電子自旋自由度的調(diào)控。另外,自從2004年曼切斯特大學(xué)海姆(Geim)小組成功分離出單原子層的石墨材料一石墨烯(graphene)以來,單層石墨烯(Graphene)、硅烯(Silicene)和過渡金屬硫化物(MoS2)等二維材料在理論和應(yīng)用領(lǐng)域都引起了極大的興趣。由于其特殊的六角晶格結(jié)構(gòu)可以看成一個(gè)原胞中有兩個(gè)原子的三角格子(A,B子格自由度),它們的布里淵區(qū)中有兩個(gè)不等價(jià)的Dirac點(diǎn),我們將兩個(gè)不等價(jià)Dirac點(diǎn)附近的能帶結(jié)構(gòu)分別稱為K和K’谷。類比自旋電子學(xué)中對(duì)電子自旋自由度的研究思路,在谷電子學(xué)(valleytronics)中我們利用谷自由度作為信息載體,通過控制和操縱谷自由度來實(shí)現(xiàn)谷電子器件。在本論文中,我們利用Landauer-Buttiker公式和散射矩陣方法從理論上研究了納米結(jié)構(gòu)中電子的自旋自由度和谷自由度輸運(yùn)性質(zhì),為實(shí)現(xiàn)電子的自旋極化與谷極化輸運(yùn)提供了一些物理模型。論文的主要內(nèi)容如下：在第一章中,我們首先簡(jiǎn)單的介紹一下納米電子學(xué)。接下來對(duì)石墨烯和硅烯進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,主要涉及它們的基本物理性質(zhì)。另外,我們還會(huì)開辟一點(diǎn)篇幅介紹自旋電子學(xué)與谷電子學(xué)的進(jìn)展。這些將更好幫助我們了解研究背景。另外,我們介紹了本論文中計(jì)算電子輸運(yùn)的方法一散射矩陣方法,然后對(duì)散射矩陣的性質(zhì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的討論。最后,借助散射矩陣對(duì)Landauer-Buttiker公式進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)。第二章運(yùn)用散射矩陣方法和Landauer-B iittiker公式從理論上討論了普通/Rashba自旋軌道耦合／普通石墨結(jié)構(gòu)中的自旋輸運(yùn)現(xiàn)象。通過調(diào)節(jié)Rashba自旋軌道耦合區(qū)域的柵壓來改變此區(qū)域的勢(shì)壘高度,我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)體系中柵壓和Rashba自旋軌道耦合同時(shí)出現(xiàn)時(shí),自旋分辨的透射概率依賴于入射電子入射角的方向,并且自旋極化效率是入射角的奇函數(shù),而總的透射概率是入射角的偶函數(shù)。尤其我們發(fā)現(xiàn)可以通過柵壓來操控出射流的電子自旋極化率從正到負(fù)的變化。這些結(jié)果為在石墨烯上實(shí)現(xiàn)無需磁性材料的電子自旋注入提供了一個(gè)有效的途徑。在第三章中,我們研究了非磁性彈道納米結(jié)構(gòu)中界面自旋軌道耦合和界面勢(shì)壘對(duì)電子自旋極化輸運(yùn)性質(zhì)的影響。利用模式匹配的散射矩陣方法,我們首先得到了在δ形和方形界面勢(shì)壘的情況下,隧穿系數(shù)與界面自旋軌道耦之間的表達(dá)式,然后從數(shù)值上分析了隧穿系數(shù)與界面自旋軌道耦合和入射角度的關(guān)系。最后,在存在界面自旋軌道耦合的納米結(jié)中,我們發(fā)現(xiàn)了自旋極化率隨著入射角的變化在正負(fù)值之間震蕩。這個(gè)發(fā)現(xiàn)為在非磁性彈道納米結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)自旋極化注入提供了有效的方法。第四章節(jié)中,從硅烯的有效哈密頓量出發(fā),運(yùn)用模式匹配的散射矩陣方法,研究了普通/磁場(chǎng)控制/普通硅烯結(jié)構(gòu)中電子的自旋極化和谷極化輸運(yùn)性質(zhì)。通過數(shù)值計(jì)算,我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)用雙柵壓可以調(diào)控硅烯中電子的自旋與谷過濾。同時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)通過雙柵壓改變硅烯中交錯(cuò)勢(shì)的符號(hào)時(shí),谷極化的方向會(huì)翻轉(zhuǎn)而自旋極化的方向保持不變。我們期望,這些發(fā)現(xiàn)對(duì)用單層硅烯結(jié)構(gòu)設(shè)來計(jì)谷閥提供了很多有用的信息。在最后一章中,我們對(duì)全文的內(nèi)容做了簡(jiǎn)單的總結(jié)并對(duì)未來研究做了展望。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O469;TB383.1

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本文編號(hào)：1761906