帶狀雙層石墨上的自旋量子比特.pdf

1、在材料科學與凝聚態(tài)物理領域中,單層石墨是一顆迅速升起的新星。這種嚴格的兩維材料顯示出超乎尋常的晶體和電學性質。盡管它的出現(xiàn)只有非常短的時間,但是它已經(jīng)開啟了新物理和潛在應用的一個巨大寶庫。它的實驗和理論正在以驚人的速度蓬勃發(fā)展中,而有關這種新型材料的性質和應用,科學家們只揭露出冰山一角。這類單層石墨材料中碳原子排列呈現(xiàn)二維蜂窩結構,在本論文中我們將主要介紹在此基礎上的幾種單層石墨的電子結構性質。
　　 在引言里,我們簡要介紹有關

2、二維蜂窩結構的理論研究歷史,和近幾年有關單層石墨在實驗和理論上的突破。
　　 在第二章里,我們研究最近鄰緊束縛模型下的二維蜂窩結構的電子態(tài),然后討論對應的場論模型,即一維Dirac Fermions模型,最后引出有效質量方程。
　　 第三章,我們分別討論單層石墨帶在armchair和zigzag邊界條件下的電子態(tài)。發(fā)現(xiàn)在armchair邊界條件下,當樣品寬度是晶格常數(shù)的3M和3M+2倍時(M是整數(shù)),系統(tǒng)能帶結構是半導體

3、型的;當樣品寬度是晶格常數(shù)的3M+1倍時,能帶結構是金屬型的。
　　 第四章,我們介紹如何在單層石墨量子點上實現(xiàn)自旋量子比特。這必須克服兩個問題:1)一般單層石墨的能譜沒有帶隙,致使很難在其上形成可調(diào)節(jié)的量子點,2)由于單層石墨存在valley簡并,所以通過Heisenberg交換來形成雙比特耦合并非易事。然而,具有armchair邊界條件的單層石墨帶狀窄條可以很好地解決這兩個問題。因為這種單層石墨帶會出現(xiàn)量級為幾十meV的帶隙

4、,并且valley簡并消散,所以在這種材料中有實現(xiàn)自旋量子比特的條件。進一步研究表明,這種單層石墨帶中不僅最近鄰的兩個量子點之間可以產(chǎn)生耦合,長距離的量子點之間也可以產(chǎn)生耦合。
　　 第五章,我通過計算發(fā)現(xiàn)在具有armchair邊界條件的雙層石墨帶上也可能實現(xiàn)自旋量子比特。在構建哈密頓量時,對于雙層石墨,我們不僅要考慮同一層石墨中電子在A,B格點之間的跳躍能量,還要考慮電子在上層石墨與下層石墨格點之間的跳躍能量。我們發(fā)現(xiàn)對于具有