硅烯及其納米帶光電特性的磁電調(diào)控研究.pdf

1、硅烯是單層硅原子薄膜，具有與石墨烯類似的蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)，因其特殊的結(jié)構(gòu)和性能，近年來成為凝聚態(tài)物理、材料、化學(xué)和信息技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域備受關(guān)注的交叉研究熱點(diǎn)之一。較強(qiáng)的自旋軌道相互作用使硅烯比石墨烯具有更為優(yōu)異和獨(dú)特的物理、化學(xué)特性，其在微納光（自旋）電子器件等方面有著重要的潛在應(yīng)用前景。此外，準(zhǔn)一維的眭烯納米帶既能展現(xiàn)量子受限體系的特性，又是基于硅烯納米器件的基本單元，其物理性質(zhì)越來越受到人們的關(guān)注。本論文采用緊束縛近似下的低能有效哈密頓

2、模型和半導(dǎo)體帶間躍遷理論等方法，圍繞硅烯及其納米帶的電子輸運(yùn)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)及其外部電磁調(diào)控展開研究。
　　全文共分為五章。第一章為緒論部分，簡(jiǎn)要介紹硅烯的發(fā)現(xiàn)及其實(shí)驗(yàn)制備，硅烯的電子結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體帶間躍遷理論。
　　第二章利用低能有效哈密頓模型和半導(dǎo)體帶間躍遷理論，研究硅烯的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)及其外部電磁調(diào)控。從硅烯緊束縛近似下的低能有效哈密頓量出發(fā)，通過求解本征方程獲得電子能帶結(jié)構(gòu)和體系波函數(shù)。然后在半導(dǎo)體帶間躍遷理論框架下

3、求得系統(tǒng)光學(xué)躍遷矩陣元和介電函數(shù)、折射率、消光系數(shù)、吸收系數(shù)、電子能量耗散譜及光電導(dǎo)等光學(xué)性質(zhì)。研究結(jié)果表明，體系電子結(jié)構(gòu)在電磁場(chǎng)作用下可以被調(diào)制為自旋簡(jiǎn)并態(tài)、拓?fù)浣^緣態(tài)到帶絕緣態(tài)的量子相變。在電磁場(chǎng)輻照下，系統(tǒng)的光學(xué)常數(shù)隨著電磁場(chǎng)輻照頻率的增強(qiáng)而下降。此外，系統(tǒng)拓?fù)浣^緣態(tài)自旋向上和向下價(jià)帶到導(dǎo)帶間的光學(xué)躍遷隨著子晶格錯(cuò)位勢(shì)的增加分別紅移和藍(lán)移，而帶絕緣態(tài)自旋向上和向下價(jià)帶到導(dǎo)帶間的光學(xué)躍遷隨著子晶格錯(cuò)位勢(shì)的增加藍(lán)移。
　　第三章

4、在緊束縛近似和偶極近似基礎(chǔ)上，利用線性響應(yīng)理論，研究了外加電磁場(chǎng)輻照下理想半導(dǎo)體性9-/10-和金屬性11-扶手椅型硅烯納米帶的電子結(jié)構(gòu)、偶極躍遷和光學(xué)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，扶手椅型硅烯納米帶中較小旁帶子標(biāo)價(jià)帶與導(dǎo)帶間的偶極躍遷一直增大，而較大旁帶子標(biāo)價(jià)帶與導(dǎo)帶間的量子躍遷先增大后減小。此外，9-,10-和11-扶手椅型硅烯納米帶的電導(dǎo)率、介電函數(shù)等光學(xué)常數(shù)在紅外到紫外的寬域能量范圍，并強(qiáng)烈依賴于條帶寬度和外加電磁場(chǎng)輻照頻率。半導(dǎo)體性9-/1

5、0-扶手椅型硅烯納米帶的光學(xué)響應(yīng)主要來自相同或不同子標(biāo)價(jià)帶與導(dǎo)帶間的量子躍遷，而金屬性11-扶手椅型硅烯納米帶的光學(xué)共振主要來自不同子標(biāo)價(jià)帶與導(dǎo)帶間的量子躍遷。
　　第四章研究了外加電磁場(chǎng)輻照下理想8-和16-鋸齒型硅烯納米帶的電子能帶結(jié)構(gòu)、偶極躍遷和光學(xué)性質(zhì)。研究表明，8-和16-鋸齒型硅烯納米帶的電導(dǎo)率、介電函數(shù)和電子能量耗散譜在紅外到紫外寬頻的能量范圍，并敏感依賴于條帶寬度和外加電磁場(chǎng)輻照頻率。此外，8-和16-鋸齒型硅烯納