強(qiáng)拓?fù)浣^緣體表面-邊緣態(tài)電子輸運(yùn)性質(zhì)的電磁調(diào)控.pdf

1、拓?fù)浣^緣體是一類非常奇特的物質(zhì)相，這類材料最直觀的特點(diǎn)就是它們的體態(tài)具有能隙，而由于非平庸的能帶拓?fù)洌浔砻婧瓦吔鐓s是受拓?fù)浔Ｗo(hù)的穩(wěn)定金屬態(tài)。拓?fù)浣^緣體中涉及許多重要的物理現(xiàn)象和物理機(jī)制，有著廣闊的應(yīng)用前景。因此，這類材料自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，便迅速成為凝聚態(tài)物理和半導(dǎo)體器件物理領(lǐng)域的爆炸性研究熱點(diǎn)。本碩士學(xué)位論文在介紹拓?fù)浣^緣體相關(guān)量子效應(yīng)及其研究進(jìn)展的基礎(chǔ)之上，圍繞強(qiáng)拓?fù)浣^緣體表面／邊緣態(tài)電子輸運(yùn)性質(zhì)的電磁調(diào)控展開(kāi)研究，其主要包含以下三方面。

2、
　　(1)利用非平衡格林函數(shù)法和Landauer-Buttiker公式，研究?jī)设F磁電極間強(qiáng)拓?fù)浣^緣體HgTe／CdTe量子阱邊緣態(tài)狄拉克電子自旋依賴的態(tài)密度、電導(dǎo)率、自旋極化率、自旋選擇效率以及隧穿磁阻效應(yīng)。通過(guò)對(duì)自旋依賴的態(tài)密度進(jìn)行分析，理論上預(yù)測(cè)到～80％極化的邊緣態(tài)。通過(guò)對(duì)自旋依賴的電導(dǎo)率的分析，自旋向上與向下邊緣態(tài)狄拉克電子的選擇效率首次被預(yù)測(cè)高達(dá)90%以上。此外，由自旋閥效應(yīng)引起的巨磁電阻理論上可達(dá)65000%，在自旋

3、守恒與自旋反轉(zhuǎn)隧穿耦合過(guò)程中此幅值可進(jìn)一步得到有效的調(diào)制。
　　(2)運(yùn)用波函數(shù)匹配方法與傳輸矩陣方法，研究強(qiáng)拓?fù)浣^緣體B12Se3表面態(tài)狄拉克電子在單鐵磁勢(shì)壘和雙鐵磁勢(shì)壘調(diào)制下的輸運(yùn)性質(zhì)。結(jié)果表明，在單鐵磁壘作用下，通過(guò)改變磁近鄰交換場(chǎng)的大小與方向都可以實(shí)現(xiàn)體系表面電子態(tài)的完全透射與完全阻塞。當(dāng)表面沉積的雙鐵磁勢(shì)壘處于反平行時(shí)，n-n型結(jié)和n-p型結(jié)透射幾率隨著磁近鄰交換場(chǎng)的方向與強(qiáng)度呈現(xiàn)出相反的變化規(guī)律。進(jìn)一步的研究表明，體系

4、隨著鐵磁勢(shì)壘間勢(shì)強(qiáng)度呈現(xiàn)出周期共振透射特性，且在交換場(chǎng)的調(diào)控下振蕩位相會(huì)發(fā)生顯著變化，而振蕩周期幾乎不變。
　　(3)基于半導(dǎo)體帶間躍遷理論，研究強(qiáng)拓?fù)浣^緣體B12Se3薄膜表面態(tài)電子在狄拉克點(diǎn)附近的光學(xué)吸收特性。研究表明，在太赫茲頻段光場(chǎng)作用下，由于不同價(jià)帶與導(dǎo)帶間的光子吸收躍遷，單光子吸收譜呈現(xiàn)三個(gè)吸收峰。理論上，體系的雙光子吸收譜應(yīng)呈雙峰結(jié)構(gòu)，而伴隨著上、下表面間耦合強(qiáng)度的增加和體系狄拉克點(diǎn)的移動(dòng)，體系的雙光子吸收譜在高頻率