低维石墨材料中热电磁输运性质的数值研究

石墨烯相关材料因其新颖的电磁学性能，被视为最有望取代硅基电子器件的新型材料，具有极大的应用价值。本项目拟采用紧束缚近似方法，考虑库仑长程杂质散射，应用线性响应理论数值研究双层石墨烯在强磁场导致朗道量子化情形下的热电效应，计算温差电导率，温差电动势，能斯特信号及热导率。在双层石墨烯上外加一个垂直方向的电场能够连续调节其带隙宽度，称为偏压双层石墨烯。讨论该系统中带隙宽度及杂质散射强度的变化对热电输运性质的影响。同时，我们还将结合非平衡格林函数方法数值计算石墨烯纳米带中不同的边界形态及带宽对其量子霍尔效应的影响。研究磁场和边界效应以及各向异性在单层石墨带中的联合作用。基于对双层石墨烯及单层石墨烯纳米带材料的热、电、磁输运性质的研究，发展低维石墨烯材料输运性质的新理论，并为设计具有量子调控功能的石墨烯量子器件提供物理模型和理论依据。

本项目主要通过数值计算理论研究了少数层石墨烯及拓扑绝缘体薄膜的热电效应。经过3年的研究，基本完成计划中的研究内容，达到了预期目标。项目执行期间，一共发表SCI论文11篇，其中包括3篇Physical Review B。代表性研究成果包括：(1) 有限温度下单层石墨烯超晶格结构中的热电输运特性。（2）三维拓扑绝缘体薄膜中的热电效应研究。（3）少数层石墨烯的热电特性及其外加偏压下不同堆积结构对其热电输运性质的影响。（4）偏压下三层石墨烯量子霍尔效应的新颖相图以及杂质散射的影响。