30592.電子間相互作用對(duì)硅烯物性的影響

1、密級(jí)中國(guó)科學(xué)院大學(xué)UniversityofChineseAcademyofSciences博士學(xué)位論文電子間相互作用對(duì)硅烯物性的影響作者姓名：劉峰指導(dǎo)教師：——王自強(qiáng)研究員，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所學(xué)位類(lèi)別：學(xué)科專(zhuān)業(yè)：研究所：姚裕貴教授，北京理工大學(xué)理學(xué)博士固體力學(xué)中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所2014年4月摘要摘要相似的六角蜂窩狀結(jié)構(gòu)令硅烯繼承了石墨烯幾乎所有的奇異特性。不僅如此，起伏的結(jié)構(gòu)(兩套子格子不在同一平面)使得利用電場(chǎng)可以直接調(diào)控硅烯的能

2、隙，引起了理論和實(shí)驗(yàn)上較多的關(guān)注。值得注意的是，第一性原理研究表明若考慮白旋軌道耦合硅烯將處于量子自旋霍爾態(tài)，且可以在實(shí)驗(yàn)可達(dá)溫區(qū)被觀(guān)測(cè)到。然而第一性原理計(jì)算采取了單粒子近似，并沒(méi)有計(jì)入多體效應(yīng)，本論文將詳細(xì)研究電子間相互作用對(duì)硅烯拓?fù)湮镄缘挠绊?。另外，單層硅烯起伏的結(jié)構(gòu)不僅為其帶來(lái)良好的電學(xué)調(diào)控性能，也為其帶來(lái)了相對(duì)于石墨烯更加豐富的堆垛方式，本文對(duì)雙層硅烯幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，并預(yù)言考慮電子問(wèn)相互作用時(shí)其中的AB—bt結(jié)構(gòu)可以實(shí)

3、現(xiàn)手性did拓?fù)涑瑢?dǎo)。首先，本文詳細(xì)介紹了硅烯的研究背景，同時(shí)對(duì)拓?fù)浣^緣體進(jìn)行了回顧，其中概述了霍爾效應(yīng)量子版本三重奏：整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、量子反?；魻栃?yīng)和量子自旋霍爾效應(yīng)，并給出貝里相位和TKNN不變量的具體推導(dǎo)。由于整篇論文大量使用到了第一性原理計(jì)算，本文對(duì)密度泛函理論也作了簡(jiǎn)介，其中主要包括理論基礎(chǔ)以及實(shí)際計(jì)算流程。其次，介紹本人的具體工作。工作分為三個(gè)部分：第一，通過(guò)第一性原理計(jì)算我們?cè)诠柘w系中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)較弱的反鐵磁態(tài)，能量上

4、略高于量子自旋霍爾態(tài)，但增加電場(chǎng)會(huì)使得量子自旋霍爾態(tài)相變?yōu)榉磋F磁態(tài)。之前理論上預(yù)言量子自旋霍爾態(tài)在電場(chǎng)下會(huì)發(fā)生拓?fù)湎嘧?，能隙先閉合后打開(kāi)。本文研究發(fā)現(xiàn)，由于電場(chǎng)下量子自旋霍爾態(tài)到反鐵磁態(tài)的相變發(fā)生在理論預(yù)言的拓?fù)湎嘧冎?，硅烯體系隨電場(chǎng)增大能隙并不會(huì)閉合。進(jìn)一步，結(jié)合考慮電場(chǎng)效應(yīng)的KaneMele—Hubbard模型我們對(duì)第一性原理計(jì)算結(jié)果做出了合理的解釋?zhuān)⒔o出了相圖。第二，由于第一性原理和平均場(chǎng)計(jì)算都建立在單粒子近似下，這里我們利用