圓盤型石墨烯量子點電子結構研究.pdf

1、石墨烯(Graphene)是一種只有一佃碳原子厚度的二維材料,此二維材料是由碳原子以sp2雜化方式組成的六角型蜂巢晶格結構。2004年,英國曼徹斯特大學物理學家Andre.K.Geim和KostyaNovoselov在實驗中成功地從石墨中分離出石墨烯,兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。由于石墨烯特殊的單原子層結構決定了它具有豐富而新奇的性質,在過去幾年中,石墨烯已經成為了備受矚目的國際前沿和熱點,在眾多領域都有著潛在的巨大應用

2、價值。
　　 本文將利用Dirac方程,對不同邊界條件下圓盤形石墨烯量子點的電子結構性質進行模擬和數值計算,為其在納米電子器件、新型傳感器等領域的應用提供一定的理論指導。
　　 第一章我們介紹石墨烯的發(fā)現以及石墨烯的一些獨特性質,其次介紹幾種常用的實驗制備方法,并羅列了一些石墨烯材料在各個領域的潛在應用前景。
　　 第二章中我們介紹了石墨烯的兩種基本理論模型-格點模型和連續(xù)模型,并介紹一些結果。然后,對本文將要采

3、用的數值計算方法做一個簡單介紹,為下文奠定基礎。
　　 第三章中,我們通過數值求解Dirac方程,計算了磁場中扶手型邊界條件下圓盤形石墨烯量子點的能譜結構以及尺寸大小對量子點帶隙的影響。我們的數值計算表明,沒有外磁場時,扶手型量子點能譜中存在一定的帶隙,帶隙的大小與量子點半徑成反比。在外加磁場下量子點能譜會出現朗道能級,最低朗道能級能量為零,且朗道能級間距是不均勻的。朗道能級能量與磁場平方根成正比,與朗道能級數平方根成正比,這與

4、無窮大石墨烯的解析結果相一致。對態(tài)密度的計算結果從另一方面驗證了上述關于朗道能級的結論。同時,計算結果表明,最低朗道能級的簡并度與磁場大小成線性關系,而與量子點半徑的平方成線性關系。我們還發(fā)現,隨著磁場強度的增加在朗道能級形成過程中,電子幾率密度分布會由圓盤邊緣向中心移動。
　　 第四章中,我們計算了磁場中鋸齒型邊界條件下圓盤形石墨烯量子點的能譜結構。與扶手型量子點一樣,在強磁場下量子點會出現朗道能級,且朗道能級間距是不均勻的。