低维与异维结构量子调控及器件原理研究

半导体量子点、石墨烯和纳米线等低维纳米材料是当前凝聚态物理和材料科学研究的重要对象，在未来电子学、自旋电子学、光电及量子器件领域有广阔的应用前景。本课题在紧密联系实验的基础上，拟对这些低维与异维纳米结构的量子特性及其调控手段进行深入的理论研究。主要内容包括：揭示半导体量子点结构中电子态的量子特性及其在外场下的演化规律，寻找调控电子受限态的有效手段；探索石墨烯系统中Dirac方程的有效计算方法，揭示相对论条件下电子态﹑杂质态﹑少电子态及其关联在外场下的量子特性，有效调控石墨烯中电子行为；以各种异维/异质结构的研究为基础，揭示由维度差与表面体积比等引起的光电特性，探索新型异维结光电器件的机理及可能的应用。本课题致力于建立相关的物理模型，发展适用于精确求解薛定谔及狄拉克方程的计算方法，探索维度差等新效应，紧密结合实验开展异维结光电器件机理的基础研究。

本课题在紧密联系实验的基础上，对低维与异维纳米结构的量子特性及其调控手段进行了深入的研究，为相关器件设计提供理论基础。主要成果包括：发展出耦合分区级数解法，精确求解了在电磁场下的狄拉克类型的方程。得到了石墨烯中存在库伦杂质时朗道能级的劈裂结构。揭示了电场和磁场对束缚石墨烯电子的竞争现象。研究了石墨烯中的原子塌缩及磁场调控。分析了石墨烯非均匀的能隙形成的量子环在外磁场下的AB效应规律及磁场对系统光学跃迁规律的影响。研究了石墨烯磁量子点中少电子态的量子行为。研究了类氢杂质对于磁量子点的影响和调控作用。研究了双层石墨烯的量子电容与磁振荡。我们还得到了拓扑绝缘体薄膜中电势形成量子点和二维拓扑绝缘体量子点在杂质磁场下的能谱, 揭示了库伦势和磁场下边缘态的量子特性。制备了双壁碳纳米管膜/二氧化钛纳米管阵列异质结用作宽波段光电探测器。提出了一种简单实用的方法来提高基于氧化物半导体的光电探测器的光响应。研究了二氧化钛纳米管在强磁场中退火对其PL谱的影响。 制备了双壁碳纳米管膜/氧化亚铜纳米颗粒膜/二氧化钛纳米管阵列复合异质结构用做光探测器。研究了双壁碳纳米管膜在不同波长激光照射下的光电导特性。