【摘 要】
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本学位论文主要研究和讨论自旋-轨道耦合在电极化中的效应,含自旋-轨道耦合二维半导体系统中声子限制的迁移率,石墨烯的光吸收等问题。
在自旋-轨道耦合系统中,我们结合电
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本学位论文主要研究和讨论自旋-轨道耦合在电极化中的效应,含自旋-轨道耦合二维半导体系统中声子限制的迁移率,石墨烯的光吸收等问题。
在自旋-轨道耦合系统中,我们结合电极化矢量计算方法和轨道磁矩理论,在Berry相位基础上,计算自旋-轨道耦合对电极化矢量的贡献,并结合能带论给出具有Bloch波函数形式的表达式。所得公式可以用于第一性原理或者其它的能带求解方法(如紧束缚近似方法)计算固体介质中自旋-轨道耦合导致的电极化矢量。此外还考虑了自旋.轨道耦合系统中电-声子相互作用对迁移性质的影响。运用Boltzmann方程以及弛豫时间近似的方法,具体讨论了自旋-轨道耦合对二维半导体系统中声子限制迁移率的影响。研究发现自旋-轨道耦合结构明显地改变电-声子的散射时间以及声子限制的迁移率。其原因是Rashba正支(负支)能带的电-声子散射相空间在自旋-轨道耦合作用下被明显地变大(缩小)了。由于速度在迁移率中的支配地位,导致了自旋-轨道耦合对迁移率与对散射时间的影响是相反的。我们提出的这一现象可以通过直流输运实验观测。
对于石墨烯系统,我们给出不同结构石墨烯的能带解。在此基础上,运用Kubo公式研究了石墨烯的光学电导。通过分析光学电导对频率和温度的依赖关系,我们发现在高频情况下光学电导的各向异性非常明显。高频的光子吸收对光场的极化方向非常敏感。当频率与导带顶和价带底的能级差可以相比较时,光场极化方向沿zigzag方向对应的光学电导要比极化方向沿armchair方向对应的光学电导小很多。我们提出石墨烯这一光吸收的方向选择性可以用来制备高频部分偏振器。此外,还分析了A-B格子不对称结构的石墨烯中光吸收性质。通过对A-B格子不对称石墨烯的光学电导计算,我们发现光学电导有很强的频率依赖关系,而且光学电导带边吸收是由不对称的在位能差△所决定。有趣的是:原先A-B格子等价时的普适电导关系被破坏了,此时起始电导是原来普适电导的2倍,而且这个值不受带隙大小的影响。低于能隙值频率的光吸收被完全抑制,在带边附近电导与频率有一个1/ω2的关系。我们还发现无论能隙是否被打开,总光学响应基本是守恒的。从电阻率上看,存在着一个电阻率从与温度无关的区间到与温度成线性关系的转变温度。
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