單層石墨中的量子參數(shù)泵.pdf

1、近年來(lái)，單層石墨(graphene)已成為凝聚態(tài)物理中一個(gè)極其熱門(mén)的研究領(lǐng)域，這是由于其具有非常特殊的能帶結(jié)構(gòu)以及一些非常新奇的物理性質(zhì)。本文主要利用非平衡態(tài)格林函數(shù)方法和散射矩陣方法研究平衡態(tài)下單層石墨中電子自旋輸運(yùn)性質(zhì)，包括自旋共振和電荷泵浦效應(yīng)，以及鐵磁石墨結(jié)中的平衡自旋流。
　　 我們首先研究了單層石墨中的自旋共振效應(yīng)，采用非平衡格林函數(shù)的方法解析地得到自旋流表達(dá)式。通過(guò)數(shù)值計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)無(wú)論在P型還是N型石墨帶中，泵浦

2、自旋流都隨著系統(tǒng)費(fèi)米能的增大而增加，呈現(xiàn)鋸齒結(jié)構(gòu)，這對(duì)應(yīng)于石墨帶中的橫向能級(jí)。在Zigzag石墨帶中，能帶中心E=0處，自旋流出現(xiàn)不為零的峰值，而在半導(dǎo)體的Armchair中則在能帶中心出現(xiàn)禁帶結(jié)構(gòu)，這與他們各自的電子結(jié)構(gòu)完全一致。對(duì)于PN結(jié)型石墨帶，自旋流的對(duì)稱(chēng)中心發(fā)生相應(yīng)的平移，兩終端自旋流不相等，這也反映了此系統(tǒng)的自旋流不守恒。
　　 我們?nèi)缓笱芯苛藛螌邮珟е械牧孔訁?shù)泵效應(yīng)。利用非平衡態(tài)格林函數(shù)的方法我們解析地推導(dǎo)出有

3、限頻率下泵浦電流表達(dá)式，通過(guò)數(shù)值計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)在奇數(shù)鏈zigzag石墨帶中單參數(shù)泵不能泵出電流，而在偶數(shù)zigzag石墨帶中，單參數(shù)泵浦勢(shì)卻可以產(chǎn)生不為零的電流。這反映了偶數(shù)Zigzag石墨帶不具有空間反演對(duì)稱(chēng)性，而奇數(shù)Zigzag石墨帶則具有空間反演對(duì)稱(chēng)性。并且，在偶數(shù)Zigzag帶中電流有這樣的特征：當(dāng)泵浦頻率大于費(fèi)米能時(shí)，電流才會(huì)從零迅速增加到最大值，這來(lái)源于Zigzag石墨帶特殊的零能邊界態(tài)效應(yīng)。我們還發(fā)現(xiàn)Armchair石墨帶

4、中，單參數(shù)泵不產(chǎn)生電流，這也反映了Armchair石墨帶具有空間反演對(duì)稱(chēng)性。
　　 最后我們研究了非共線鐵磁石墨結(jié)中的平衡自旋流，單層石墨的磁性來(lái)源于磁性近鄰效應(yīng)，主要是將鐵磁絕緣體置于單層石墨上。利用散射矩陣方法，我們推導(dǎo)出平衡自旋流的表達(dá)式，通過(guò)計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)在一維情況下，平衡自旋流為零，也就是沒(méi)有鐵磁交換耦合作用，這來(lái)源于石墨特有的Klein-Gordon佯謬。而在二維情況下，平衡自旋流（交換耦合）不為零，并且隨著交換能，