原子层石墨/超导体/铁磁体混杂结构中的输运特性

原子层石墨（Graphene）是近年来发现的新型纳米材料，它具有纳米管所体现出来的任一特性。这些材料既轻又坚固，且弹性好，而且比二维电子气更加稳定。Graphene材料不仅能够应用于制造量子器件上，还可以应用到我们的日常生活当中。随着对低能源消耗和高电子迁移率的需求越来越高，在未来市场中，以graphene为材料的元器件具有巨大的应用潜力和发展前景。.本项目主要研究Graphene结构中与磁性和超导性相联系的自旋输运特性，利用紧束缚模型以及传递矩阵方法，计算铁磁/graphene、graphene/超导体结构的电流和微分电导，研究铁磁体的自旋极化和超导界面的Andreev反射对输运特性的影响。根据计算数据，设计高效的graphene自旋阀结构以及超导-graphene器件。本项目的研究不仅能够完善graphene结构的输运理论，而且还可以为graphene器件的实际应用提供理论基础。

石墨烯纳米材料特殊的能带结构导致了许多奇特的量子现象。由于其潜在的应用价值，近年来，对石墨烯材料的研究成为了目前国际上的热门课题。我们课题组按照申请书的计划，分别对石墨烯超晶格、石墨烯纳米带的输运特性进行了研究。在石墨烯超晶格的研究中，我们考虑普通的势垒、势阱超晶格和Thue-Morse超晶格结构，利用传递矩阵方法分别计算了电导和散粒噪声以及磁场和无序对输运特性的影响。关于纳米带的研究，我们分别考虑单层和双层石墨烯纳米带，利用紧束缚模型和非平衡格林函数技术，计算了热电子输运特性。同时对拓扑绝缘体的量子特性也进行了初步研究，拓展了研究课题。. 研究发现，在石墨烯超晶格结构中出现了新的狄拉克点，该点与超晶格中阱宽和垒宽的比值有关，而与它们的具体数值无关。在新的狄拉克点，电导具有最小值，量子噪声趋近于常数（1/ 3）。超晶格中随着无序随机势的增加，电导增加，而Fano因子减小。狄拉克点处，电导和量子噪声的数值都不随磁场的变化而变化。. 锯齿状石墨烯 P-N结纳米带的边界态对锯齿状单层和双层石墨烯纳米带电导和热电势具有很大的影响。对于施加错列格点势的锯齿状单层石墨烯，通过调节边界势，体系可以很方便地从金属态过渡到非金属态。而对于施加层间偏压的锯齿状双层石墨烯, 如果把边界势调节到等于最近邻跃迁能时, 在两个Dirac点附近, 会出现具有相反速度的无带隙的边缘模式。量子化的电导平台可以从2(n+1)G到2(n+1/2)G变化, 其中G是电导单位,n是整数。在强偏压的情况下, 与无带隙的锯齿状完美双层石墨烯的热电势相比,热电势增加了一倍多。. 通过对二维 HgTe/CdTe量子阱拓扑绝缘体和超导体界面的Andreev 反射的研究，发现电子沿着拓扑绝缘体的边缘态运动，电子在该量子阱和超导体界面反复散射，Andreev 微分电导出现量子化，而且电导平台可以达到1。该平台具有极强的抗杂质干扰的能力。. 研究了同轨道和不同轨道跃迁无序对HgTe/CdTe量子阱拓扑态的影响。研究发现，体系中各种无序之间的竞争以及Rashba自旋轨道相互作用强度决定了HgTe/CdTe量子阱拓扑态中的拓扑安德森现象。