石墨烯單層條中的拓撲絕緣體輸運性質研究.pdf

1、本論文詳細闡述了基于第一性原理的量子輸運問題的理論計算方法，并以此為基礎研究了分子電子學中分子器件輸運的二維石墨烯單層P-N結的拓撲絕緣體輸運性質。這一計算模型是建立在Landauer-Büttiker輸運體系與非平衡態(tài)格林函數計算方法的基礎上，保證了分子尺度下輸運問題計算的高度嚴格性和可靠性，能夠拓展應用到各種器件模型，并能考慮次近鄰、三近鄰相互作用以及自旋-軌道相互作用與Rashba效應。由于采用了新的方法計算格林函數及自能，避免了

2、長時間的自洽性迭代運算，在處理量子器件的輸運問題上簡便高效。通過量子器件的輸運計算，可以在理論上充分揭示分子器件的電學性質，更深入地理解各種量子效應的發(fā)生機制，無論對于分子器件與電路的設計，還是對于輸運理論的基礎研究，都無疑具有重要的意義與參考價值。在本論文中，我們以Graphene Nanoribbon P-N結為模型，分別考慮了三近鄰相互作用與自旋-軌道相互作用、Rashba效應，計算了該模型在不同電勢下的電導曲線，并通過計算相圖詳

3、細研究了Graphene Nanoribbon P-N結在絕緣態(tài)、導電態(tài)與QSH態(tài)（量子自旋霍爾效應）的變化規(guī)律，揭示了二維Graphene Nanoribbon P-N結的拓撲絕緣體特性。此外，我們利用該計算方法研究了更為復雜的二維石墨烯網格的輸運特性，并初步探討了未來研究的基本方法和可能性。
　　本文內容分為以下幾個章節(jié):
　　第一章:介紹石墨烯電子學的背景、發(fā)展及現狀。
　　第二章:從Landauer-Bütti

4、ker方程與非平衡態(tài)格林函數方法出發(fā)，對電子輸運的第一性原理計算的發(fā)展作一個簡單的回顧和總結，并以此為基礎詳細闡述計算框架。
　　第三章:引入Graphene Nanoribbon P-N結模型，研究其電導曲線及拓撲絕緣體特性。我們對電導曲線的計算說明了二維的Graphene Nanoribbon P-N結在無磁場的情況下也會產生量子自旋霍爾效應，與相關實驗有著很好的吻合，計算出的導電性相圖也吻合能帶理論的推斷。通過分別計入最近鄰