圓盤型石墨烯量子點(diǎn)電子結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、石墨烯(Graphene)是一種只有一佃碳原子厚度的二維材料,此二維材料是由碳原子以sp2雜化方式組成的六角型蜂巢晶格結(jié)構(gòu)。2004年,英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家Andre.K.Geim和KostyaNovoselov在實(shí)驗(yàn)中成功地從石墨中分離出石墨烯,兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。由于石墨烯特殊的單原子層結(jié)構(gòu)決定了它具有豐富而新奇的性質(zhì),在過去幾年中,石墨烯已經(jīng)成為了備受矚目的國(guó)際前沿和熱點(diǎn),在眾多領(lǐng)域都有著潛在的巨大應(yīng)用

2、價(jià)值。
　　 本文將利用Dirac方程,對(duì)不同邊界條件下圓盤形石墨烯量子點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行模擬和數(shù)值計(jì)算,為其在納米電子器件、新型傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)。
　　 第一章我們介紹石墨烯的發(fā)現(xiàn)以及石墨烯的一些獨(dú)特性質(zhì),其次介紹幾種常用的實(shí)驗(yàn)制備方法,并羅列了一些石墨烯材料在各個(gè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用前景。
　　 第二章中我們介紹了石墨烯的兩種基本理論模型-格點(diǎn)模型和連續(xù)模型,并介紹一些結(jié)果。然后,對(duì)本文將要采

3、用的數(shù)值計(jì)算方法做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹,為下文奠定基礎(chǔ)。
　　 第三章中,我們通過數(shù)值求解Dirac方程,計(jì)算了磁場(chǎng)中扶手型邊界條件下圓盤形石墨烯量子點(diǎn)的能譜結(jié)構(gòu)以及尺寸大小對(duì)量子點(diǎn)帶隙的影響。我們的數(shù)值計(jì)算表明,沒有外磁場(chǎng)時(shí),扶手型量子點(diǎn)能譜中存在一定的帶隙,帶隙的大小與量子點(diǎn)半徑成反比。在外加磁場(chǎng)下量子點(diǎn)能譜會(huì)出現(xiàn)朗道能級(jí),最低朗道能級(jí)能量為零,且朗道能級(jí)間距是不均勻的。朗道能級(jí)能量與磁場(chǎng)平方根成正比,與朗道能級(jí)數(shù)平方根成正比,這與

4、無(wú)窮大石墨烯的解析結(jié)果相一致。對(duì)態(tài)密度的計(jì)算結(jié)果從另一方面驗(yàn)證了上述關(guān)于朗道能級(jí)的結(jié)論。同時(shí),計(jì)算結(jié)果表明,最低朗道能級(jí)的簡(jiǎn)并度與磁場(chǎng)大小成線性關(guān)系,而與量子點(diǎn)半徑的平方成線性關(guān)系。我們還發(fā)現(xiàn),隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加在朗道能級(jí)形成過程中,電子幾率密度分布會(huì)由圓盤邊緣向中心移動(dòng)。
　　 第四章中,我們計(jì)算了磁場(chǎng)中鋸齒型邊界條件下圓盤形石墨烯量子點(diǎn)的能譜結(jié)構(gòu)。與扶手型量子點(diǎn)一樣,在強(qiáng)磁場(chǎng)下量子點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)朗道能級(jí),且朗道能級(jí)間距是不均勻的。