類石墨烯的谷電子輸運研究.pdf

1、近年來，基于二維類石墨烯材料中的谷電子學(xué)受到了研究人員的廣泛關(guān)注，這是因為狄拉克電子的谷自由度和電子的自旋自由度一樣，被認為可以用來作為信息的載體。目前谷電子學(xué)仍然處于發(fā)展的初期，谷電子流的產(chǎn)生、調(diào)控和探測是這個領(lǐng)域的核心問題。本論文將從這三個方面出發(fā)研究谷電子在不同環(huán)境體系下的輸運特性。
　　我們首先在搭扣結(jié)構(gòu)的二維硅烯中提出利用空間交錯靜電勢場來獲得純谷流。研究表明，由于靜電勢場可以導(dǎo)致二維硅烯為谷拓撲絕緣體，相反的靜電勢場則

2、可定義相反的谷陳數(shù)，所以空間交錯靜電勢場能產(chǎn)生多重受拓撲保護的谷拓撲界面態(tài)，它支撐無耗散的純谷流形成。在具有自旋軌道相互作用的情形下，這些拓撲界面態(tài)可形成谷自旋耦合界面態(tài)。在磁化的二維硅烯和單層二硫化鉬系統(tǒng)中，我們計算系統(tǒng)的相圖，發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)可形成谷、自旋以及它們耦合的半金屬態(tài)，這些量子態(tài)可以用來制作各類谷閥或者谷自旋閥電子器件。
　　為了進一步調(diào)控谷自由度，我們研究了石墨烯超晶格系統(tǒng)。發(fā)現(xiàn)由于原胞的擴大，導(dǎo)致原先的K谷和K'谷的耦

3、合，從而在系統(tǒng)中形成了類似于半導(dǎo)體中的Rashba自旋軌道耦合的贗谷交換相互作用。通過散射模型的計算，我們證明了這種的贗谷交換相互作用可以用來調(diào)控谷自由度，并且當(dāng)電子的能量大于可能的系統(tǒng)能隙時，谷自由度在空間的進動只與贗谷交換相互作用有關(guān)，從而可以實現(xiàn)任何可能的K谷和K'谷的疊加態(tài)。
　　最后我們研究了谷電子的探測。通過模擬實驗上的四端霍爾條裝置，計算了量子谷霍爾效應(yīng)導(dǎo)致的非局域電阻率RNL。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)霍爾條的寬度大于其長度即w＞