二维半狄拉克电子系统的光吸收特性及p型hBN类氢杂质束缚能的研究

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二维材料的研究一直以来都备受关注,其特殊的电子结构和优异的电子输运特性使得此类材料具有丰富的物理现象和广泛的应用价值。与传统二维电子气和狄拉克系统不同,二维半狄拉克电子系统在一个方向具有抛物型色散关系而在与之垂直的方向则表现为线性色散关系。这一特性使其光电特性与传统二维电子气和石墨烯存在明显差异。p型层状半导体材料hBN是常见的衬底材料,其能级易受掺杂的影响。本论文中对椭圆偏振光下的半狄拉克系统光吸收特性以及p型hBN类氢杂质束缚能展开相关理论研究。研究工作如下:首先研究了椭圆偏振光下二维半狄拉克电子系统的光吸收特性影响因素。通过半经典玻尔兹曼方程推导的能量平衡方程法理论推导出系统在椭圆偏振光下的光电导率表达式。研究表明在二维半狄拉克电子系统中相互垂直的xx和yy方向对应存在着由带内跃迁和带间跃迁所贡献的各向异性光吸收。研究了椭偏率、温度、载流子浓度以及带隙参数等因素对二维半狄拉克电子系统不同方向光电导率的影响。结果表明椭偏率、温度、载流子浓度以及带隙参数等因素在调控光电导率的强度、吸收峰和形状方面起到非常重要的作用。其次研究了p型层状半导体—hBN的类氢杂质束缚能。基于紧束缚的k·p方法模拟得到xy平面的电子哈密顿量,利用δ势近似模拟得到z方向的电子哈密顿量,并运用变分原理计算出p型hBN的类氢杂质束缚能。结合第一性原理计算给出的相关参数,对推导出的束缚能进行了分析。研究表明其束缚能与晶体势之间存在正比例关系,进一步说明p型hBN可以通过其晶体势来调控自身的束缚能,且基态和第一激发态的束缚能都受到晶体势的影响。本论文的研究结果表明二维半狄拉克电子系统作为极具潜力的各向异性和可调谐的光学、光电子材料,可以应用于工作在红外和太赫兹频段的新型光学、光电子学器件中。对hBN类氢杂质束缚能的研究能为集成光子器件研究等领域提供理论支撑。
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