石墨烯中电子的量子隧穿输运特性

石墨烯中电子的量子隧穿输运特性

【摘要】：近些年来,石墨烯作为一种新型的材料受到了人们越来越多地关注,它独特的电子能带结构,使得电子在输运过程中表现出许多新奇的量子特性。本文主要研究二维石墨烯中电子隧穿势垒的量子隧穿时间问题。考虑单层石墨烯表面上附加一矩形方势垒,势垒区域施加一弱均匀常磁场,利用电子的自旋相干态在磁场中的拉莫尔进动作为量子时钟,我们研究石墨烯中狄拉克电子的拉莫尔隧穿时间。结果表明用这种方法定义的拉莫尔时间和电子的居留时间完全相等,也等于电子隧穿势垒区域的时间。随着电子进入势垒区域的入射角增大,势垒区域的波函数由振荡波变为衰减波。当势垒区的波函数是振荡模式时,拉莫尔时间随势垒宽度的变化曲线沿一条递增直线发生周期性振荡；而当势垒区波函数呈现衰减模式时,拉莫尔时间不随势垒宽度变化,发生Hartman效应；特别地,当电子正入射,发生Klein隧穿时,电子通过势垒区域的拉莫尔时间恰好等于势垒宽度除以电子的费米速度。进一步,我们在石墨烯表面附加两个方势垒,讨论隧穿时间随势垒宽度以及两个势垒之间势阱宽度的变化情况。电子通过双势垒的拉莫尔时间随势垒宽度的变化规律基本与通过单势垒时的情况一致,只是由于波函数在势阱区域发生干涉,拉莫尔时间在共振峰处会发生劈裂；给定势垒宽度,隧穿时间随势阱宽度呈现周期性振荡,振荡周期及振荡幅度都随着入射角的增大而增大,但当发生Klein隧穿时,拉莫尔时间只等于势垒宽度除以费米速度,而与势阱宽度无关。最后,我们考虑磁场

的矢量势A对单势垒隧穿的影响,矢量势A使得势垒区的波函数始终为衰减模式,透射率随势垒宽度的增大而减小,而且不会存在特定的入射角发生Klein隧穿,粒子穿过势垒区域的隧穿时间与势垒的宽度无关,发生Hartman效应。【关键词】：石墨烯量子隧穿拉莫尔时间居留时间单势垒双势垒

【学位授予单位】：山西大学

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2013

【分类号】：O469

【目录】：中文摘要6-7ABSTRACT7-9第一章绪论9-191.1石墨烯材料概述9-101.2石墨烯晶体的能谱及特性10-151.3隧穿时间15-171.4本文主要内容17-19第二章石墨烯电子的拉莫尔隧穿时间19-372.1引言192.2石墨烯中电子通过单势垒的隧穿时间19-312.2.1石墨烯中电子的单势垒隧穿19-232.2.2石墨烯中电子通过势垒的拉莫尔时间23-282.2.3隧穿时间的变化特征和讨论28-312.3石墨烯中电子通过双势垒的隧穿时间31-362.4本章小结36-37第三章磁调制石墨烯结构的电子隧穿37-433.1理论模型及计算37-393.2计算结果及讨论39-413.3本章小结41-43总结与展望43-45参考文献45-51攻读学位期间取得的研究成果51-52致谢52-53个人简况及联系方式53-55 本论文购