帶狀雙層石墨上的自旋量子比特.pdf

1、在材料科學(xué)與凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中,單層石墨是一顆迅速升起的新星。這種嚴(yán)格的兩維材料顯示出超乎尋常的晶體和電學(xué)性質(zhì)。盡管它的出現(xiàn)只有非常短的時間,但是它已經(jīng)開啟了新物理和潛在應(yīng)用的一個巨大寶庫。它的實驗和理論正在以驚人的速度蓬勃發(fā)展中,而有關(guān)這種新型材料的性質(zhì)和應(yīng)用,科學(xué)家們只揭露出冰山一角。這類單層石墨材料中碳原子排列呈現(xiàn)二維蜂窩結(jié)構(gòu),在本論文中我們將主要介紹在此基礎(chǔ)上的幾種單層石墨的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。
　　 在引言里,我們簡要介紹有關(guān)

2、二維蜂窩結(jié)構(gòu)的理論研究歷史,和近幾年有關(guān)單層石墨在實驗和理論上的突破。
　　 在第二章里,我們研究最近鄰緊束縛模型下的二維蜂窩結(jié)構(gòu)的電子態(tài),然后討論對應(yīng)的場論模型,即一維Dirac Fermions模型,最后引出有效質(zhì)量方程。
　　 第三章,我們分別討論單層石墨帶在armchair和zigzag邊界條件下的電子態(tài)。發(fā)現(xiàn)在armchair邊界條件下,當(dāng)樣品寬度是晶格常數(shù)的3M和3M+2倍時(M是整數(shù)),系統(tǒng)能帶結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體

3、型的;當(dāng)樣品寬度是晶格常數(shù)的3M+1倍時,能帶結(jié)構(gòu)是金屬型的。
　　 第四章,我們介紹如何在單層石墨量子點上實現(xiàn)自旋量子比特。這必須克服兩個問題:1)一般單層石墨的能譜沒有帶隙,致使很難在其上形成可調(diào)節(jié)的量子點,2)由于單層石墨存在valley簡并,所以通過Heisenberg交換來形成雙比特耦合并非易事。然而,具有armchair邊界條件的單層石墨帶狀窄條可以很好地解決這兩個問題。因為這種單層石墨帶會出現(xiàn)量級為幾十meV的帶隙

4、,并且valley簡并消散,所以在這種材料中有實現(xiàn)自旋量子比特的條件。進(jìn)一步研究表明,這種單層石墨帶中不僅最近鄰的兩個量子點之間可以產(chǎn)生耦合,長距離的量子點之間也可以產(chǎn)生耦合。
　　 第五章,我通過計算發(fā)現(xiàn)在具有armchair邊界條件的雙層石墨帶上也可能實現(xiàn)自旋量子比特。在構(gòu)建哈密頓量時,對于雙層石墨,我們不僅要考慮同一層石墨中電子在A,B格點之間的跳躍能量,還要考慮電子在上層石墨與下層石墨格點之間的跳躍能量。我們發(fā)現(xiàn)對于具有