石墨烯纳米结构的自旋电子输运性质研究

论文摘要

本文主要描述了格点模型下的石墨烯在介观输运方面表现出的一系列有意义的物理性质。本文采用单粒子格林函数和自洽计算方法对多种石墨烯结构的电子输运和自旋输运得到了有意义的成果。本文主要分为以下几个部分：第一章给介绍了石墨烯的基本概念以及基于石墨烯的电子器件的学术发展和人们关心的热点问题。第二章给出了介观系统中的关于电子输运和自旋输运的计算方法。这些计算方法包括单粒子格林函数方法,Landauer-Buttiker公式,以及自旋相关的自洽计算理论。包含缺陷的折形边界石墨烯条带以及较为复杂的多端口六边形单层及双层石墨烯量子点的输运性质将在第三章给出。从结界可以看出,纳米电子电路中线路由于相互交叠而产生的耦合作用对于电路设计是有一定影响的,根据这种影响也可以得到更为高效的纳米电子电路设计。最后一章重点介绍了石墨烯的自旋输运性质以及一种哑铃形石墨烯量子点自旋开关器件。通过改变磁场从而调制体系的自旋电子密度分布可以实现对特定自旋电子的有效输运,从而实现自旋开关的效果。由于计算模型尺寸较小,所以激发这样的自旋开关需要较大的磁场,然而在适当的温度和尺寸条件下,这样的设计对石墨烯逻辑电路,存储等领域都是有启发作用的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 石墨烯的基本概念
• 1.1 引言
• 1.2 石墨烯的晶体结构
• 1.3 石墨烯的能带结构及低能量近似
• 1.4 研究现状及前景
• 1.4.1 电子学特性
• 1.4.2 电子输运性质
• 1.4.3 自旋输运性质
• 第二章 量子输运理论
• 2.1 单粒子输运理论
• 2.1.1 Landauer-Buttiker理论
• 2.1.2 格林函数
• 2.1.3 变形转移矩阵方法求格林函数
• 2.2 自旋输运-自洽计算
• 第三章 多种石墨烯结构的电子输运
• 3.1 石墨烯纳米条带的电子输运性质
• 3.2 六边形石墨烯量子点的输运性质
• 3.3 六边形双层石墨烯的输运性质
• 第四章 石墨烯结构的自旋输运与自旋开关
• 4.1 折形边界石墨烯条带的自旋输运
• 4.2 六边形折形边界石墨烯量子点的自旋电子密度分布
• 4.3 哑铃形石墨烯量子点自旋开关
• 总结与展望
• 参考文献
• 硕士论文发表情况
• 致谢