光辐射下硅烯材料输运性质的研究

Silicene is a novel electronic material. There are many novel physical phenomena in silicene. In past years, transport properties in silicene have become the new noticeable and hot field. The effects of static field on silicene have been studied. The research about the time dependent external drive is little. Our project will use Floquet theory, Landauer formula and Green’s functions to study the transport properties of silicene irradiated by light. We will study energy spectrum, topological properties and time averaged current in mesoscopic silicene system irradiated by on resonant light. We will try to give the condition of achieving the Floquet topological insulator by using light. We will determine the dependent of achieving the Floquet topological insulator on disorders, and the effects of disorders on the conductivities of mesoscopic Floquet topological insulator. Then, we will study the effects of off resonant light and strong light on the change current, spin current and pseudo-spin current in silicene to obtain the effective methods of improving the thermal and electric performance of silicene by using light. Based on our project, we hope to know more about the new phenomena and properties in silicene. These results can provide a valuable reference for the design and preparation of quantum devices and circuits based on silicene.

硅烯体系作为一类新型的电子材料，已呈现出多种新奇的物理现象，近年来硅烯输运性质的研究成为人们关注和研究的新热点。现有的成果集中在研究静态场对硅烯输运性质的影响，对时间相关的外部驱动的作用的研究仍然匮乏。本项目将结合Floquet理论、Landauer公式和格林函数方法，系统地研究光辐射对硅烯材料输运性质的影响。通过研究共振光辐射下的硅烯介观系统的能谱、拓扑性质以及时间平均电流，探索通过光辐射的方法在硅烯中实现Floquet拓扑绝缘体的条件，揭示无序在Floquet拓扑绝缘体的实现中的作用和无序对Floquet拓扑绝缘体介观电导的作用。通过研究非共振光和强光辐射下的硅烯系统的电流、自旋和赝自旋流，揭示通过光辐射改进硅烯热、电性能的有效方法。本项目的研究，有望进一步完善人们对该体系中一些奇异现象的理解和认识，并能够为将来设计与制备基于硅的量子器件及电路提供依据和指导。

随着2004年石墨烯的发现，以及科学家在对石墨烯研究中取得了巨大进展，迎来了科学家对二维材料的研究热潮。与碳同族元素的硅是否能形成类石墨结构引起了理论和实验物理研究上的广泛关注，成为新材料领域的研究热点之一。单层硅原子构成了具有有起伏的六角蜂窝结构新颖的二维材料。已有的工作表明石墨烯中大多数新奇的物理现象，都可以在硅烯中找到相对应版本。而且由于硅烯具有翘曲的结构，使得硅烯的内禀自旋轨道耦合作用和内禀Rashba自旋轨道耦合作用比石墨烯大很多，因此使得硅烯还具备石墨烯没有的一些优势。而且硅材料易于获得和制备可以更好地与现有的硅半导体工业兼容。本项目主要研究内容是光辐射下硅烯材料输运性质的研究。我们从狄拉克模型出发，利用Floquet理论研究狄拉克模型在高频光辐射下的输运性质和拓扑性质。我们发现在该极限下调节光场振幅可以改变电流方向。利用玻尔兹曼方程研究了狄拉克模型在低频光辐射下的输运性质，发现在该极限下调节光场振幅只能改变电流大小不能改变电流方向。另外我们还研究了恒定磁场对二维系统的影响。我们期待我们的研究可以加深对硅烯系统的了解，加强对光在改变硅烯材料输运性质中的理解，为应用研究提供理论参考，并以此为基础，探讨硅烯在未来材料和器件设计的应用前景和新思路。