单壁碳纳米管能带及其电子特性研究

从能带理论出发,采用电子紧束缚能量色散关系,推导锯齿,扶手椅和手性单壁碳纳米管(SWCNT)的电子能带结构表达式,指出单壁碳纳米管或为金属或为半导体的判据。结果表示:单壁碳纳米管的电子结构与其几何结构密切相关,如扶手椅型单壁碳纳米管是金属性的,而对其它类型的单壁碳纳米管是与碳纳米管的手性指数有关,只有手性指数n和m的差别等于3的倍数时,单壁碳纳米管是金属性的,否则会显出有带隙的半导体特性。这意味着单壁碳纳米管是由特殊的电子传输和光学性质,在纳米电子学领域具有巨大的潜在应用价值。     

二维自旋轨道耦合电子气中持续自旋螺旋态的稳定性的研究

本文利用半经典的自旋密度矩阵方法对二维自旋轨道耦合电子气中持续自旋螺旋态的稳定性进行了一些研究, 重点研究了自旋螺旋态的寿命与其波矢、载流子迁移率、温度、自旋轨道耦合强度、外电场强度等因素之间的关系, 并将部分理论计算结果与最近的一些相关实验结果进行了比较,发现两者之间大致是符合的.     

自旋轨道耦合和自旋流的研究若干进展

近十年来,国内外科学工作者对自旋轨道耦合和自旋流作了很多深入的研究.文章介绍该领域的一些重要进展以及它的发展情况,包括介绍由自旋轨道耦合所引起的内在自旋霍尔效应和持续自旋流、自旋流的产生、自旋流的定义以及自旋流产生电场等.最后也讨论一些有待于解决的课题,以及对该领域的展望.     

自旋轨道耦合和自旋流的研究若干进展

近十年来,国内外科学工作者对自旋轨道耦合和自旋流作了很多深入的研究.文章介绍该领域的一些重要进展以及它的发展情况,包括介绍由自旋轨道耦合所引起的内在自旋霍尔效应和持续自旋流、自旋流的产生、自旋流的定义以及自旋流产生电场等.最后也讨论一些有待于解决的课题,以及对该领域的展望.     

自旋轨道耦合作用的等效磁场

自旋与电荷一样,是电子的固有属性,电子的周期性轨道运动产生的磁场与电子的自旋磁矩相互作用,这种磁相互作用就是自旋轨道相互作用。在原子物理学中,这种自旋轨道作用会影响原子光谱的精细结构,然而教材中缺少自旋轨道耦合作用在二维半导体材料中的微观描述。本文将引入Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合作用的哈密顿量,研究单电子在无外场下二维平面内运动,讨论一种或者两种自旋轨道耦合的哈密顿量表示。通过自旋与等效磁场耦合的塞曼能量表示,本文计算了本征态下不同自旋轨道耦合作用下的等效磁场,从而有助于探索二维半导体材料中不同自旋轨道耦合作用下的物理特性。     

自旋轨道耦合作用下石墨烯pn结的电子输运性质

本文研究了自旋轨道耦合作用下石墨烯纳米带pn结的电子输运性质. 当粒子的入射能量处于pn结两端势能之间时, 粒子将会以隧穿的形式通过石墨烯pn结, 同时伴随着电子空穴转换. 电导随费米能的变化曲线呈不等高阶梯状, 并在费米能位于pn结两端能量中点时取得最大值. 随着石墨烯pn结长度的增加, 电导以指数形式衰减. 自旋轨道耦合作用导致的能隙会使电导显著减小, 而边缘态的粒子则可以几乎毫无阻碍地通过pn结. 本文用一个简单的子带隧穿模型解释了上述特征. 最后还研究了在pn转换区中掺入替位杂质的情况. 在弱杂质下, 电导随费米能变化的曲线将不再对称; 当杂质较强时, 仅边界态的形成的电导台阶能够保持.     

温度对单壁碳纳米管端口结构的影响

利用紧束缚势分子动力学模拟方法，研究了温度在2000—3500 K之间单壁碳纳米管端口结构的变化趋势.研究表明，温度对整个管端口结构起关键作用，计算表明温度在3000K和3500K下碳管两端口在15ps时间尺度内依次闭合，温度高易于使理想单壁碳管端口封闭，且端口封闭导致碳管系统能量的降低.由于Armchair型碳纳米管与相同半径的Zigzag型碳纳米管相比有相对低的应力能，导致Armchair型碳纳米管更易形成端口封闭的结构. 关键词： 碳纳米管 紧束缚势     

开口悬挂端对单壁碳纳米管电子输运特性的影响

采用紧束缚模型研究了悬挂端对单壁碳纳米管电子输运特性的影响.结果表明：有限长悬挂端开口碳纳米管的电导在费米能级附近作周期性振荡.椅型(armchair)碳纳米管的振荡同时具有快、慢两个准周期，而锯齿型(zigzag)碳纳米管的振荡仅有一个周期；碳纳米管电导在费米能级附近的振荡周期随着悬挂端的增长而减小.研究还发现：有限长悬挂端开口碳纳米管的平均电导随探针与碳纳米管间耦合强度的增加而增大，其大小约为无限长悬挂端开口碳纳米管平均电导的两倍. 关键词： 输运特性 碳纳米管 紧束缚模型     

自旋轨道耦合引起的电偶极矩

文章介绍了由于自旋轨道耦合导致的电子的电偶极矩在自旋电子学理论中的基本意义.研究发现,该电偶极矩与自旋流张量的反对称部分直接相关.它不仅直接导致可观测的电磁学效应,而且与电子在电场受到的力以及力矩有关,从而为自旋的电子学操控提供了可能.     

磁场中碳纳米管电子结构的紧束缚法研究

利用石墨平面碳原子轨道作sp2杂化时π电子的紧束缚模型,对磁场中直状单层碳纳米管(SWNTs)的电子结构进行理论推导和分析。磁场对碳纳米管的波矢产生影响,从而使碳纳米管的电子结构及能隙均以磁通量子Φ0(=h/e)为周期随磁通量Φ周期性变化。     

Band structures of carbon nanotube with spin-orbit coupling interaction

We explore the band structures of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with two types of spin-orbit couplings. The obtained results indicate that weak Rashba spin-orbit coupling interaction can lead to the breaking of four-fold degeneracy in all tubes even though without the intrinsic SO coupling. The asymmetric splitting between conduction bands and valence bands is caused by both SO couplings at the same time. When the ratio of Rashba spin-orbit coupling to the intrinsic spin-orbit coupling is larger than 3, metallic zigzag nanotube is always metallic conductor, on the contrary it becomes semiconducting properties. However, only when this ratio is equal to about 3 or the intrinsic spin-orbit coupling is much weak, the metallic armchair nanotube still holds the metallic behavior in transport.     

两体相互作用费米系统在自旋轨道耦合和塞曼场中的基态转变

在超冷费米系统中实现人造规范势的突破,吸引了许多新问题的研究,展现了许多新奇的物理现象.本文研究了在环阱中,具有自旋轨道耦合和塞曼作用的两体相互作用费米模型.通过平面波展开的方法,解析求解了两体费米系统的本征能态.系统的总动量为守恒量,可以在不同总动量空间中研究能谱.研究发现:随着塞曼相互作用增大,在不同总动量空间,两体费米系统的本征能量均逐渐降低,系统基态从总动量为零空间转变到有限值空间.从吸引到排斥相互作用,无塞曼相互作用时,基态总动量始终为零,有塞曼相互作用时,基态总动量从零转变为有限值.通过单粒子和基态动量分布研究,本文直观地揭示了由塞曼能级劈裂引起的基态转变.     

Tunneling conductance of a two-dimensional electron gas with Dresselhaus spin-orbit coupling

We theoretically studied the spin-dependent charge transport in a two-dimensional electron gas with Dresselhaus spin-orbit coupling (DSOC) and metal junctions. It is shown that the DSOC energy can be directly measured from the tunneling conductance spectrum. We found that spin polarization of the conductance in the propagation direction can be obtained by injecting from the DSOC system. We also considered the effect of the interfacial scattering barrier (both spin-flip and non-spin-flip scattering) on the overall conductance and the spin polarization of the conductance. It is found that the increase of spin-flip scattering can enhance the conductance under certain conditions. Moreover, both types of scattering can increase the spin polarization below the branches crossing of the energy band.     

自旋轨道耦合视角下的二维狄拉克材料

石墨烯的发现引发了科学界探索新奇二维狄拉克材料的热潮。这类具有狄拉克线性能带色散特征的二维材料被认为是发展新物理,实现超高速、低能耗新型纳米器件的理想平台。文章首先回顾二维狄拉克材料研究的源起,然后从自旋轨道耦合作用的视角重点介绍四类代表性的二维狄拉克材料的研究进展,最后对相关领域进行总结和展望。     

The effect of spin-orbit coupling on magnetoresistance in nonmagnetic organic semiconductors

We investigated the effect of spin-orbit coupling on magnetoresistance in nonmagnetic organic semiconductors.A Lorentz-type magnetoresistance is obtained from spin-orbit coupling-dependent spin precession under the condition of a space-charge-limited current.The magnetoresistance depends on the initial spin orientation of the electron with respect to the hole in electron-hole pairs,and the increasing spin-orbit coupling slows down the change in magnetoresistance with magnetic field.The field dependence,the sign and the saturation value of the magnetoresistance are composite effects of recombination and dissociation rate constants of singlet and triplet electron-hole pairs.The simulated magnetoresistance shows good consistency with the experimental results.     

单壁碳纳米管单原子空位缺陷的紧束缚理论研究

文章在紧束缚势模型基础上系统地研究了非手性单壁碳纳米管上单原子空位缺陷结构和电子结构性质.计算表明,单原子空位缺陷会自发地形成5-1DB型缺陷, 且该缺陷的局域结构和形成能强烈地依赖于碳纳米管的尺寸、旋度和电学性质.同时作者发现这类缺陷在费米能级以上约0.2eV处产生局域的电子态.     

狭义相对论下电子自旋轨道耦合对X射线光谱的影响

基于狭义相对论的基本观点,研究了特征X射线的产生机理,分析了电子自旋轨道耦合对特征X射线波长的影响,导出了一个计算特征X射线波长的公式,同时对计算推导的波长值做了系统的误差分析,得到了相对误差的规律.结果表明,计算推导的波长值与实验的波长值非常接近,在实际应用中对分析特征X射线光谱具有一定的参考意义.     

Tunable ground-state solitons in spin–orbit coupling Bose–Einstein condensates in the presence of optical lattices

Properties of the ground-state solitons, which exist in the spin–orbit coupling(SOC) Bose–Einstein condensates(BEC) in the presence of optical lattices, are presented. Results show that several system parameters, such as SOC strength,lattice depth, and lattice frequency, have important influences on properties of ground state solitons in SOC BEC. By controlling these parameters, structure and spin polarization of the ground-state solitons can be effectively tuned, so manipulation of atoms may be realized.