光、电耦合作用下石墨烯系统磁输运性质的理论研究

Recent fabricated monolayer, bilayer, and few-layer graphenes exhibit transport properties which significantly differ from those observed in conventional two-dimensional systems. The very high mobility at room temperature, as well as high chemical and temperature stability make graphene a promising candidate for future electronic applications. However, in contrast to the many novel phenomena observed in conventional two-dimensional semiconductors, the investigations of magnetotransport properties in graphene are mainly focused on quantum Hall effect. In this project, we will investigate magnetotransport properties in graphene-based systems driven by dc and intense ac fields. The studies on LOW-TEMPERATURE linear and nonlinear magneto-phonon resonance will be carried out. The current-induced magnetoresistance oscillations and radiation-induced magnetoresistance oscillation in monolayer, bilayer, and few-layer graphenes will also be examined. Further, we will study the effects of intense ac fields on integer quantum Hall effect. It is expected that these studies will help us to enhance the deep understanding of the interactions between photons, electrons, phonons in the presence of quantized magnetic field.

最近发现的单层、双层及多层石墨稀材料引起人们极大的兴趣，由于这些材料具有高迁移率、高稳定性及可调控性等特性，石墨烯被认为可能在将来替代硅成为新型电子器件的基本材料。相对近十年来在传统高迁移率二维电子系统中观测到的丰富的磁输运现象而言，目前石墨烯中磁输运性质的研究范围还比较窄。本项目中我们将拓展我们原来在石墨烯和传统二维电子气输运研究方面的优势，开展在磁场、交流场及直流电场作用下石墨烯体系中输运性质的研究，探讨磁、光、电耦合作用下单层、双层及多层石墨烯中的磁阻振荡，研究低温下在石墨烯体系中观测到磁声共振的可能性，分析无辐射强直流条件下的非线性磁阻振荡，考察石墨烯系统中光致磁阻振荡现象，同时还将开展交流场对整数量子霍尔效应影响的研究等。主要目的是进一步揭示光子、声子、电子之间的相互作用，深化对非平衡过程的理解，为实验的观测提供理论依据，并探讨这些现象可能的实际应用。

新型二维系统输运性质的研究是当前凝聚态物理的热点问题之一，而研究辐射场照射下的直流磁输运性质是凝聚态物理极具挑战性的课题。本项目试图结合二者，探讨光、电、磁共同作用下的物理现象。项目开展了传统二维系统光致磁阻振荡和新型二维系统中输运性质的研究。基于非平衡格林函数方法，建立了能用于描述微波辐射下传统二维电子系统磁阻振荡的纯量子理论，完成了数值计算，所得结果能合理解释光致磁阻振荡，同时利用该理论，试探性地研究了实验上观测到的在微波频率为2倍回旋共振频率处的奇异峰。此外，我们还利用平衡方程方法研究了两个频率成整数比的微波光场共同作用下的磁阻振荡，发现磁阻振荡依赖于两个光的相位差。另外，我们建立基于非平衡格林函数方法的动力学方程，并用该方法研究了存在强带间耦合的硅烯二维有质量Dirac费米子输运性质，探讨了温度、杂质浓度等对剩余电导、自旋霍尔电导、谷间霍尔电导的影响。我们还拓展单带多重散射理论到多带情形，通过数值计算，分析了电子-杂质散射强度对硅烯二维有质量Dirac费米子能隙的影响，同时还研究了在太拉赫兹波段的光电导问题。最后还建立了dc场和垂直磁场下Rashba自旋轨道耦合系统非平衡格林函数满足的方程。项目研究结果对深入了解Dirac费米子奇特的输运性质有重要意义。