[00119411]外场和费米速度耦合调控下石墨烯电子输运及类光学性质的研究

石墨烯是呈蜂巢结构的二维碳材料,其独特的电子结构,展现出许多奇异的物理性质,是近年来人们关注的热点问题。受启发于新的石墨烯能带工程和应变工程的进展,本项目基于对石墨烯材料的研究,掌握其结构特性,通过构建基于石墨稀材料的异质结,合理优化模型结构, 利用转移矩阵方法,结合几何光学和波动光学知识研究外场和费米速度耦合调制下石墨烯纳米结构中电子输运及类光学性质。 重点探索外加电场、磁场、结构尺寸、应力调控以及入射电子能量多种因素对费米速度调制下石墨烯电子输运及类光学现象和效应的影响机理;讨论石墨烯纳米结构电子输运以及电子的类光准直,类光波导,古斯汉欣效应,类光折射率和电子的布拉格散射效应的物理机制;明确这些现象产生的原因及与外在因素之间的依赖关系;确定这些新效应的产生条件,探索性提出相关的实验方案,为基于石墨烯材料的自旋电子学功能型器件、类光学器件提供理论基础。 项目中,引入磁场和Delta掺杂,我们设计了石墨烯异质结,采用转移矩阵的方法,研究了磁场和Delta掺杂下石墨烯纳米结构异质结中的电子输运,建立了求解异质结电子输运相关电子透射系数和传导系数的一般源程序,有效处理了异质结中波函数的匹配问题。通过进一步的研究探讨了磁场和Delta掺杂对异质结中磁阻效应的影响,并通过程序设计、数值分析手段分析了负磁阻效应的产生机制,以及有效调控方法。此论文已经投递到Chinese Physics Letters,已经接受发表。此论文于2015年8月在广西大学举行的广西物理学会上进行学术交流,并作了题为《石墨烯磁性隧道结中Delta掺杂下负磁阻效应的研究》的报告。在项目的研究过程中,解决了Delta掺杂势引起的波函数匹配和边界条件不确定性问题,探讨了磁场和Delta掺杂对异质结中磁阻效应的影响,并通过程序设计、数值分析手段分析了负磁阻效应的产生机制,以及有效调控方法。为基于石墨烯异质结负磁阻效应的电子器件的研发提供理论指导,同时对理解石墨烯负磁阻效应的形成机理有着重要的学术意义。进一步,推广运用有限差分方法处理石墨烯量子点能级和相应低能激发态问题。推广密度矩阵方法应用于狄拉克电子体系,获取相关非线性效应的表达式,如：非线性吸收、折射率、二次谐波和光整流等方面的具体信息,研究石墨烯中的光学现象。围绕石墨烯量子点的能级结构展开研究,讨论受限势场对量子点能级和波函数的影响。本项目围绕对低维半导体结构的非线性光学性质做前期的铺垫工作。运用密度矩阵的方法对抛物和半抛物,对称高斯势阱和不对称高斯高斯势阱中的非线性光学性质进行了研究。深入探讨了电磁场,静压以及温度对非线性光学效应的影响及相关的一些深层机制。 本项目发表科技论文8篇,均被SCI收录。期间分别参与了广西物理学会和广西光学学会年度学术报告。