基于应变石墨烯的纳米器件设计

论文摘要

自2004年发现石墨烯以来,它一直是人们关注的热点。在电子工程领域石墨烯极具吸引力的优势在于它的高迁移率特性,并且在室温下,石墨烯表现出亚微米尺度的弹道传输特性。目前广泛使用的半导体硅的电子迁移率还不足石墨烯电子的一半,因此石墨烯被认为是可以替代硅的新型半导体材料。本文第一章介绍了石墨烯材料及其研究进展。我们的主要工作在文章的第二、三章介绍。石墨烯的能谱中有两个不等价的狄拉克点K和K’点,这两个点形成二重谷简并。自旋电子学曾把电子自旋作为信息载体,借鉴这种研究思路,我们设计了谷自由度相关的电子器件。第二章从理论上研究了未极化的电子束经过应变区域后的侧位移。在正常区和有应变的区域界面,电子束发生谷的双折射现象,它类似于光学中的双折射现象。K和K‘透射束的出射点以及它们之间的距离D都能通过应变强度和电场调控。另外,通过调节靠近谷依赖的透射共振区域的波动效应,可以增加D的数值。对石墨烯n-p-n（或者p-n-p）结,D明显增加,因此,一个正常区/应变区/正常区的石墨烯结,透射束的Goos-Hanchen位移特征能用于设计谷分离器。石墨烯电子不仅可以通过外电场和力学应变调控,也可以通过磁势垒来调控。第三章设计了一个谷过滤开关和磁致电阻。我们研究了由衬底应力和两个平行放置的铁磁条产生的磁场同时作用的石墨烯薄片的谷传输特性。发现当两个铁磁条的磁场由平行转换成反平行时,石墨烯的总电导、谷极化和谷电导将随费米能发生很大改变,这主要源于谷依赖的传输抑制对非均匀磁场构型的依赖。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 石墨烯材料
• 1.1.1 石墨烯的电子结构
• 1.1.2 石墨烯的输运性质
• 1.2 双层石墨烯
• 1.4 石墨烯的应用前景
• 1.5 主要研究内容
• 2 基于应变石墨烯的谷电子束分离器
• 2.1 引言
• 2.2 模型和公式
• 2.3 散射界面的动力学分析
• 2.4 透射电子束的GH位移:结果分析
• 2.5 透射束的GH位移:数值结果
• 2.6 小结
• 3 基于应变石墨烯的谷过滤开关
• 3.1 引言
• 3.2 结构模型
• 3.3 数值结果及结果分析
• 3.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢