石墨烯量子波导结构中的电子输运性质

石墨烯体系的传导电子遵从相对论量子力学的Dirac方程，在费米面附近具有零带隙和线性的色散关系，导致了其具独特的物理性质，如：反常的量子霍尔效应和弱局域化缺失等。由于该体系中的电子在常温和高载流子浓度下仍保持高的迁移率，而且其结构便于裁制成各种纳米结构，所以二维石墨材料可以成为纳米电子学的基本材料。本申请课题将从理论上系统地研究各种石墨烯量子波导结构的电子输运性质。这包括研究适用于计算Zigzag型石墨烯量子波导结构电子输运性质的传递矩阵理论，并寻找其在自旋电子学方面的潜在应用价值。澄清这些结构特有的电子性质目的在于揭示石墨烯中Dirac电子所具有的本征属性，如：手征性，赝自旋等。我们将从研究结果中提炼一些有应用价值的物理设想，为源于二维石墨结构的纳米电子学的器件设计提供有价值的理论信息。

本课题从理论上研究了石墨烯量子波导结构的电子输运性质。首先，我们研究了电子的自旋输运性质。通过对入射电子的自旋构型，磁化强度以及对器件区引入短程杂质等因素的研究，发现电子的自旋输运性质强烈地依赖于直角型石墨烯纳米结的几何构型。其次，我们研究了外场因素对石墨烯纳米结电导谱的影响。发现垂直磁场可以改变纳米带的能带结构，使得原本为金属性的能带结构出现带隙，进而对电导谱产生影响。对于等宽纳米带，磁场的调节作用只与纳米带的横向尺寸相关。而对于不等宽的纳米带，发现施加于器件区窄边部分的垂直磁场并没有破坏局域化边缘态所导致的反共振效应。此外，我们发现无序能够影响局域化边缘态所导致的反共振效应。无序的出现会使得的电导谱的整体值产生明显的下降，同时会使磁场对电导谱的调节作用不再明显。我们的这些研究结果为基于石墨烯的纳米电子学的器件设计提供有价值的理论信息。