掺杂armchair石墨烯纳米带电子结构和输运性质的研究
第39卷第4期2011年8月福州大学学报（自然科学版）
JournalofFuzhouUniversity（NaturalScienceEdition）Vol．39No．4Aug．2011
DOI：CNKI：35－1117/N．20110705．1543．017文章编号：1000－2243（2011）04－0533－06
掺杂armchair石墨烯纳米带电子结构和输运性质的研究
安丽萍1，2，刘念华1，刘春梅1，刘正方1
（1．南昌大学高等研究院，江西南昌330031；2．燕山大学物理系，河北秦皇岛066004）
摘要：基于第一性原理计算，研究了B/N掺杂对宽度为Na=3p+2=11的扶手椅（Armchair）型石墨烯纳米带
电子结构和输运性质的影响．杂质的存在使得扶手椅型石墨烯纳米带的能隙增大，并在能隙中出现了一条局域的杂质态能带，杂质的位置也影响其能带结构．另外，杂质的存在还引起输运过程中的电子共振散射，其特点与掺杂种类、掺杂位置和结构对称性有关．关键词：扶手椅型石墨烯纳米带；杂掺；电子结构；输运性质中图分类号：O472文献标识码：A
Thestudyoftheelectronicstructureandtransportpropertiesof
armchairgraphenenanoribbonswithdopant
ANLi－ping1，2，LIUNian－hua1，LIUChun－mei1，LIUZheng－fang1
（1．InstituteforAdvancedStudy，NanchangUniversity，Nanchang，Jiangxi330031，China；2．DepartmentofPhysics，YanshanUniversity，Qinhuangdao，Hebei066004，China）Abstract：Theelectronicstructureandtransportpropertiesofarmchairgraphenenanoribbons（AG-
NRs）withB/Ndopantarestudiedbyusingthefirst－principlescalculation．Itisshownthatbecause
oftheexistenceofthedopant，thereisanimpuritybandintheenergygapofarmchairgraphenenanor-
ibbonsandtheirenergygapsincrease．Thebandstructuresdependalsoonthepositionofthedopant．
Inaddition，theexistenceofthedopantyieldsresonantbackscatteringinthechargetransport，whose
featuresarestronglydependentonthetypes，thepositionofthedopantandthesymmetryofthestruc-
ture．
Keywords：armchairgraphenenanoribbons；dopant；electronicstructure；transportproperties
单层石墨片的成功剥离和石墨烯纳米带（graphenenanoribbon）的成功制备引起了人们对此类碳基纳米
材料研究的极大热情［1－9］．这种石墨烯纳米带具有类似碳纳米管（CNTs）的结构和量子限域效应，是潜在
的新一代微纳电子学的候选基础材料之一．石墨烯纳米带是具有一定宽度、无限长度的准一维带状石墨
烯，按照边缘的形状，可以分为锯齿型石墨烯带（zigzag－graphenenanoribbon，ZGNR）和扶手椅型石墨烯
带（armchair－graphenenanoribbon，AGNR）．石墨烯纳米带的特性强烈依赖于它们的几何构型，通过控制
几何构型可将其调制成金属或能隙宽度依赖于纳米带宽度的半导体［10］，这在能带工程中非常有用．
另外，石墨片和石墨烯纳米带在最初的制备过程中不可避免地产生各种缺陷，如拓扑缺陷、空位、吸
附原子和替位式杂质，这些缺陷的存在会影响其结构和性能［5－9，11－20］．类似于传统半导体，如在锯齿型石
墨烯带中掺B/N，将产生受主（施主）杂质能级，实现金属和半导体的转变，而且随着杂质原子在纳米带
中位置的不同，将会发生受主与施主的转变［13］．另外，由石墨烯裁制而成的微纳电子器件一般都是在有
限偏压下工作，有必要研究偏压下石墨烯纳米带的电子输运情况．本工作旨在探讨宽度为Na=3p+2=11
的扶手椅型单层石墨烯纳米带的掺杂效应，利用第一性原理方法研究B/N掺杂对扶手椅型石墨烯纳米带电子结构和输运性质的影响．
收稿日期：2010－10－27通讯作者：安丽萍（1975－），讲师，E－mail：fox781209@sina．com．cn基金项目：国家自然科学基金资助项目（10832005）福州大学学报（自然科学版）第39卷
1计算方法与模型
电子结构和输运性质的计算采用基于密度泛函理论（DFT）和非平衡格林函数（NEGF）的计算程序包
AtomistixToolKit（ATK）完成．计算中采用了具有Perdew－Zunger形式交换关联势的局域密度近似（LDA），
布里渊区积分通过Monkhorst－Pack方法自动产生，用1×1×50的k点抽样对应简约布里渊区，自洽计算
中的diagonalmixingparameter参数设为0．1，MeshCutoff取为150Ry以达到计算效率和精度的平衡．
与碳纳米管类似，把具有armchair边缘的石墨带称为armchair型石墨带，把具有zigzag边缘的石墨带
称为zigzag型石墨带，按照传统方法用H原子饱和边缘悬挂键，如图1所示（其中矩形框表示最小周期性
单元）．其中带轴方向为X轴，可周期性重复，带宽用沿Y轴方向的Na（z）来表示，例如，图1（a）和（b）分
别表示的是宽度为11－AGNR和宽度为4－ZGNR的纳米带．对于扶手椅型石墨烯纳米带，Tight－binding
计算表明，当带宽Na=3p+2（p为整数）时，纳米带表现为零带隙金属，其它都为半导体（用ΔNa表示带
隙），且有Δ3p＞Δ3p+1＞Δ3p+2（=0）；然而，第一性原理计算表明，没有金属性的armchair石墨烯纳米带，
即都为半导体，且有Δ3p+1＞Δ3p＞Δ3p+2（≠0）［12］．笔者选取宽度Na=3p+2=11（为带隙极小值），同时考
虑到计算量的限制，选两个重复单元作为研究的超原胞，研究B/N掺杂对扶手椅型石墨烯纳米带电子结
构和输运性质的影响，如图1（a）所示．图中A，B，C，D分别表示杂质所在原胞中的位置，当杂质在A时
表示中心掺杂，在D时表示边缘掺杂．
图1石墨烯纳米带图
Fig．1Schematicofgraphenenanoribbon
2计算结果和讨论
2．1完整和掺杂扶手椅型石墨烯纳米带的电子性质
图2给出了宽度为Na=3p+2=11的完整和含有两种杂质的扶手椅型石墨烯纳米带费米面附近的能
带结构．图中直线表示费米能级的位置，括号外的大写字母D，B，A表示杂质所在的位置，括号内的字母
表示掺杂原子．从图2可以看出，杂质的引入使armchair石墨烯纳米带费米能级发生了移动．掺B后，由
于引入了空穴，导致体系中少了一个电子，也就是原来纳米带中最高被填充的能级（价带）将由完全占据
变为部分占据，使得费米能级下移，如图2（b）；掺N后，由于引入了一个电子，这个电子将占据更高的
导带，使得原来全空的导带变为部分占据，因而费米能级上移，如图2（c）．同时，从图2（b）和（c）图可以
看出，在费米能级附近处出现一与费米能级相交的杂质能级或缺陷能级，而且，杂质不同其相应的杂质能
级方向也不同，掺B的杂质能级是斜向下的，即杂质态能量的最小值在X点，相反，掺N的杂质能级是斜
向上的，即杂质态能量的最小值在Γ点．另外，同一杂质在不同位置时，对能带影响也不同，当杂质从中
心位置A逐渐向边缘位置D移动时，对费米面附近的能带影响越来越大，表现在中心掺杂几乎不影响其·435·第4期安丽萍，等：掺杂armchair石墨烯纳米带电子结构和输运性质的研究
带隙宽度，而边缘掺杂使得带隙增宽．这一点也可从后面的输运性质看出．
图2能带结构图
Fig．2Bandstructures
2．2完整和掺杂扶手椅型石墨烯纳米带的输运性质
用完整的等宽的石墨烯纳米带作为两边的电极，上面所取的超原胞为两极体系方法中的中心散射区
域．本征能量为E的电子输运函数为［21］：
T（E）=Tr［ΓL（E，Vb）GR（E）ΓR（E，Vb）GA（E）］
其中：GR/A是散射区域的推迟（或超前）格林函数；ΓL/R是左右电极的耦合矩阵；Vb表示两电极间的偏压．
图3（a）给出了零偏压下宽度为Na=3p+2=11的完整和含有两种杂质在不同位置时的扶手椅型石墨
烯纳米带的输运谱，虚线表示完整不掺杂情况．可以看出，整个输运谱呈现台阶式变化，而且在费米面附
近，输运系数都为1，即单通道输运过程，称为第一个台阶．随着入射电子能量升高，将不断有新的通道
参与输运，对应着多通道输运过程．而电导和输运系数存在关系：G=T（E）G0（其中G0=2e2/h），说明体
系的电导是量子化的．这是石墨烯纳米带的量子相干和量子尺寸效应的原因．当在扶手椅型石墨烯纳米
带中引入杂质时，输运谱的量子台阶特征消失．当杂质B从中心位置A逐渐靠近带边D时，在费米能级
以下的第一个台阶的输运系数明显减小，在某些能量处会出现零透射波谷，而且波谷的中心位置随着杂
质靠近边缘逐渐地向中心靠近且变得越来越宽，即有新的带隙产生，称为赝带隙，是反共振散射的结果，
如图3（a）中的（b），（c），（d）所示．这与在碳纳米管和锯齿型石墨烯纳米带中掺杂是不同的［13］．输运谱
中的波谷对应于杂质的准束缚态（或准局域态），反映在态密度（DOS）曲线中是一类似于钟形的光滑波
峰，波峰（谷）的宽度和高度反应了准束缚态的局域程度，靠近中心位置时，局域较强，远离中心位置时局
域态变得很扩展，如图3（b）、（c）中箭头所示．当将N杂质代替B杂质时，也会有同样的现象出现，所不
同的是零透射波谷出现在费米能级的另一侧，即费米能级以上，如图3（a）中的（e）．然而，对于特殊的掺
杂位置如中心位置，即使在中心位置有杂质也不会在第一个台阶出现零透射波谷，即：入射电子以E－Ef=［－0．95，0．95］能量区间的能量输运时，不会受到杂质势的散射，这是结构对称效应的结果．结构的对·535·
【国家自然科学基金】_费米面_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803
序号科研热词推荐指数序号科研热词1电子结构31电子结构2第一性原理22超导电性3阻挫13能级间隔4锐钛矿tio2晶体14能带结构5输运性质15相对论平均场模型6自由团簇计算法16密度泛函理论7能带结构,光学性质17占有概率8碳纳米管18高压9石墨纳米带19钙钛矿铜氧材料10电子关联110重构表面11水溶液111输运性质12氧空位112费米面叠套13掺杂β-fesi2113费米面14广义梯度近似114角动量15密度泛函理论115表面原子吸附16场发射116自旋密度波17团簇埋入自洽计算法117结构转变18反铁磁118组态19单空位缺陷119粒子数偏离20几何结构120粒子数偏差21光学材料121第一性原理计算22丙氨酸122第一性原理23peierls相变123第一原理24硫化锌25石墨纳米带26石墨烯27电子关联28电声子耦合29理论模型30氮原子31材料物理与化学32手征性33手征对称性34手征双重带35弹性系数36平均场理论37对称性破缺38吸附39同位素40反铁磁性41原子核高自旋态42压力效应43光学性质44β型烧绿石超导体45mg1-xalxb246laofeas47al掺杂48585双空位缺陷2008年2009年
石墨烯剪纸的大变形拉伸力学行为研究
石墨烯剪纸的大变形拉伸力学行为研究
韩同伟;李攀攀
【摘 要】One of the main challenges in developing future stretchable
nanoelectronics is the mismatch between the hard inorganic
semiconductor materials and the ductility requirements in the applications.
This paper shows how the kirigami architectural approach, inspired by the
ancient Japanese art of cutting and folding paper applied on macroscale,
might be an effective strategy to overcome this mismatch on nanoscale. In
this work, the tensile large deformation and mechanical behaviors of
armchair and zigzag graphene kirigami with rectangles and half circles
cutting patterns are investigated based on classical molecular dynamics
simulations. The effects of three non-dimensional geometric parameters
that control the cutting patterns on the mechanics and ductility of
graphene kirigami are also studied systematically. The results indicate that
石墨烯纳米片超声分散的研究
石墨烯纳米片超声分散的研究
张斌;陈体军;王凌云;杨宝清
【摘 要】为获得分散均匀无污染、不团聚的的石墨烯纳米片,通过超声处理技术分散已团聚的石墨烯纳米片并研究了主要影响因素——超声功率和超声时间在分散过程中对石墨烯纳米片分散效果和结构的影响.利用场发射电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、拉曼光谱、原子力显微镜对超声分散后的石墨烯纳米片的形貌、尺寸和结构进行表征与分析.结果表明,延长超声时间或增加超声功率可以显著提高石墨烯纳米片的分散效果,但相应的也一定程度降低了石墨烯纳米片的尺寸,生成大量的边缘型缺陷,尤其当功率过大或时间过长时甚至会生成空位缺陷.当超声功率960 W,超声时间4 h时石墨烯纳米片的分散效果最好,且破碎程度相对较低.
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】2019(050)008
【总页数】7页(P8133-8139)
【关键词】石墨烯纳米片;团聚;超声分散;均匀;空化效应
【作 者】张斌;陈体军;王凌云;杨宝清
【作者单位】兰州理工大学 省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,兰州 730050;兰州理工大学 省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,兰州 730050;兰州理工大学 有色金属合金及加工教育部重点实验室,兰州 730050;兰州理工大学 省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,兰州 730050;兰州理工大学 省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,兰州 730050 【正文语种】中 文
【中图分类】TB321
0 引 言
石墨烯因其独特的结构而具有优异的综合性能[1]，但由于石墨烯极大的比表面积(2 630 m2/g)[2]和较强的范德华力作用非常容易发生团聚。为解决石墨烯的团聚问题，功能化石墨烯是目前常用的分散方法，通过共价或非共价修饰石墨烯表面赋予石墨烯一些新的性质[3]。例如，在石墨烯上嫁接亲水性官能团如羧基、羟基和环氧基[4]，将石墨烯转化为氧化石墨烯，虽然分散性得到极大提升但也改变了石墨烯的结构，导电性严重下降，不利于石墨烯在电池制备等领域的应用[5]。或通过表面改性技术分散石墨烯，即添加表面活性剂，在石墨烯的表面通过π-π堆叠形成一层薄膜使石墨烯片与片之间彼此排斥不团聚[6]，但要达到此效果需要添加大量的表面活性剂，对于很多复合材料的使用会产生不良影响，如作为增强体增强金属基复合材料。此外，超声处理被认为是一种分散石墨烯的有效方法。
磷烯器件中光电流的应变调控和边界磁性
摘要
磷烯是一种新兴的二维材料，是磷原子通过共价键形成的褶皱蜂窝状结
构。磷烯具有可调的直接带隙和高度各向异性的能带结构，在光学和光电子学
领域具有潜在的应用价值。本文基于第一性原理计算，研究了磷烯器件中光电
流的应变调控和磷烯纳米带的边界磁性。
(1)针对磷烯纳米带，研究了结构弛豫对边界磁性和能带结构的影响。对
直接从磷烯晶体结构剪裁得到的纳米带，计算表明，边界原子处于双边铁磁但
对边反铁磁的状态(FM-A态)时，系统能量最低。扶手椅边界的纳米带表现为
金属，锯齿形边界的纳米带表现为间接带隙的半导体。随着宽度的增加，边界
磁性逐渐消失。对完全结构弛豫后的磷烯纳米带，计算表明，扶手椅边界的纳
米带没有边界磁性且表现为间接带隙的半导体，锯齿形边界的纳米带只在某个
特定的宽度存在FM-A态。相比之下，结构弛豫对石墨烯纳米带的边界磁性和
能带结构影响较小。
(2)针对线偏振光垂直照射的二端磷烯器件，研究了光电流的应变调控。
在光照区的一部分施加垂直于磷烯平面的门电压，破坏体系的空间反演对称，
获得在源-漏偏压为零时的光电流。我们采用基于密度泛函理论与非平衡格林
函数相结合的方法计算这种光致电流。在无应变的体系中，光电流具有高度的
各向异性且依赖于门电压施加的范围。在强度≈2%的小拉伸应变下，光响应
在整个可见光区都被强烈抑制。这说明我们考虑的磷烯器件可用作光电流的机
械开关。随着应变强度的增加，沿锯齿形方向的光电流迅速衰减。在中等应变
强度下(如8%)，沿扶手椅方向的光电流在光子能的某个区域会增强。光电流
的这种力学可调性有望为基于磷烯的光探测器提供附加的功能。
关键词：磷烯；边界磁性；光电流；应变Abstract
Phosphoreneisarisingtwo-dimensionalmaterial,whichisapuckeredhon-
eycombstructureformedbycovalently-bondedphosphorusatoms.Phosphorene
碳纳米管材料结构与性能的研究
碳纳米管材料结构与性能的研究
中文摘要
英文摘要
关键词
绪论
研究背景
碳纳米管是20世纪90年代发现的一种碳材料的一维形式，具有优良的物理化学性能。纳米材料由于其尺寸处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性，展现出独特的电学、光学和机械特性，碳纳米管在物理、化学、信息技术、环境科学、材料科学、能源技术、生命及医学科学等领域均具有广阔的应用前景。正是由于碳纳米管这种潜在的价值和广泛的应用前景，使有关碳纳米管材料的研究成为最受关注的研究领域之一。纳米材料这一概念形成以后，世界各国都给予了极大关注，它所具有的独特性质，给物理、化学、材料、生物、医药等领域的研究带来了新的机遇。
碳纳米管材料的分类
碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管（或称单层碳纳米管，Single-walled Carbon
nanotubes, SWCNTs）和多壁碳纳米管（或多层碳纳米管，Multi-walled
Carbon nanotubes, MWCNTs）。
碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：扶手椅形纳米管（armchair form），锯齿形纳米管（zigzag form）和手性纳米管（chiral
form）。碳纳米管的手性指数（n，m）与其螺旋度和电学性能等有直接关系，习惯上n>=m。当n=m时，碳纳米管称为扶手椅形纳米管，手性角（螺旋角）为30o；当n>m=0时，碳纳米管称为锯齿形纳米管，手性角（螺旋角）为0o；当n>m≠0时，将其称为手性碳纳米管。
根据碳纳米管的导电性质可以将其分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管：当n-m=3k(k为整数)时，碳纳米管为金属型；当n-m=3k±1，碳纳米管为半导体型。
按照是否含有管壁缺陷可以分为：完善碳纳米管和含缺陷碳纳米管。
按照外形的均匀性和整体形态，可分为：直管型，碳纳米管束，Y型，蛇型等。
文献检索报告
第1页，共12页 文献检索课程作业
班级：07030141 姓名：张瑞琦 学号：21
课题：各种碳纳米材料的带隙
一.课题分析
检索课题：各种碳纳米材料的带隙（the band gap of Various carbon nano-particle）
碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为：单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs），碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。电子在周期势场中传播时，由于电子波受到周期势场的布拉格散射，会形成能带结构，带与带之间可能存在带隙。电子的能量如果落入在带隙中，传播是禁止的。其实，不管任何波，只要受到周期性调制，都有能带结构，也都有可能出现带隙。能量落在带隙中的波是不能传播的。电磁渡或者光波也不例外。1987年Yabnolovitch在讨论如何抑制自发辐射时提出了光子晶体这一新概念⋯。几乎同时。John在讨论光子局域时也独立提出了这一概念心l。如果将不同介电常数的介电材料周期排歹fJ，电磁波在其中传播时由于布拉格散射，电磁波会受到调制而形成能带结构，这种葩带结构叫做光子能带。光子能带之间可能出现带隙，即光子带隙，具有光子带隙的周期性介电结构就是光子晶体。
检索式：keywords:碳纳米管*带隙
学科:材料加工
年限:1999年-2009年
文献类型:期刊，论文，网页
二、选择检索工具：
1. CNKI知识资源网站
2. 万方数据资源系统
3. 维普数据库
4. ELSEVIER数据库
5. Google学术搜索
三、 记录检索过程及检索结果：
(一)信息资源系统名称：CNKI知识资源网站
数据库名称：中国期刊全文数据库
第一篇：
【中文篇名】： 纳米碳管的能带结构特征
【作者中文名】：曹觉先; 颜晓红; 丁建文; 王登龙; 陆地;
双层石墨烯的电和磁响应
中国科学技术大学
博士学位论文
双层石墨烯的电和磁响应
姓名：吕敏
申请学位级别：博士
专业：理论物理
指导教师：完绍龙
2011-04-11摘要
摘要
石墨烯，即具有六角晶格结构的二维碳原子单层，是近几年凝聚态物理中
出现的一个十分热门的研究领域。在实验方面，物理学家们发现石墨烯系统具
有极其高的电子迁移率，比目前广泛使用的半导体硅的电子迁移率还要高出两
个数量级，因而被认为是下一代可以替代硅的新型半导体材料。在理论方面，
石墨烯的载流子能谱是手征无质量的Dirac能谱，其能量线性正比于动量，这种
类型的能谱在目前的物理系统中是比较罕见的，使得石墨烯系统具有许多与以
往的系统截然不同的独特性质和现象，因此也引起了理论物理学家们的广泛关
注。双层石墨烯，是由石墨烯派生的另一个重要的二维系统，它是两个单层石
墨烯通过Bernal堆积而成的。在低能有效理论中，双层石墨烯系统的载流子能谱
是手征无质量的能谱，其能量正比于动量的二次方，与单层石墨烯和传统的二
维电子气体系统既不尽相同又兼有两者的部分特性。这也是双层石墨烯在某种
程度上可以看成是单层石墨烯和传统的二维电子气体系统的中介态的一个体现。
类似单层石墨烯，双层石墨烯也具有非常高的电子迁移率。因为它在施加电场
后很容易打开一个能隙而变成半导体，所以作为新型的超高速场效应晶体管材
料而备受期待。
我们知道，研究一个系统对外场的线性响应是一种非常重要的获知该系统
内部特性的手段：一方面系统对外场的响应可以从理论上通过线性响应理论进
行计算，另一方面这些响应又是实验上可以直接测量的物理量，因此它们作为
一座桥梁沟通理论和实验，并从实验的结果检验理论的正确与否。在物理实验
中，最常见、最重要的线性响应就是它对外加电场的电响应和对外加磁场的磁
响应，它们就是该系统的密度-密度响应和流-流响应函数。因此，研究一个系统
的电和磁响应，对我们了解系统的基本性质具有十分重要的意义。本博士论文
正是运用线性响应理论对双层石墨烯的电和磁响应进行理论上的计算和研究。
拉曼光谱表征石墨烯结构的研究进展
拉曼光谱表征石墨烯结构的研究进展
郝欢欢;刘晶冰;李坤威;汪浩;严辉
【摘 要】石墨烯是一种只有一个原子层的二维原子晶体,它是构成零维富勒烯、一维碳纳米管和三维石墨等其他碳同素异形体的基本结构单元,具有很多独特的电子及力学性能,因而吸引了化学、材料及其他领域众多科学家的高度关注.拉曼光谱作为一种灵敏便捷的表征方法,在石墨烯的研究中起到重要的作用.该综述总结了近年来拉曼光谱在石墨烯表征中的应用,在对单层石墨烯的典型特征峰作详细介绍的基础上,通过对拉曼谱图中D峰、G峰和2D峰的强度、位置和半峰宽变化情况的分析,可以快速而准确地表征出石墨烯的层数,并可以对石墨烯的堆垛方式、边缘手性和掺杂程度进行判定.同时,也系统地分析了在石墨烯制备与测试过程中基底、掺杂、温度和激光功率等因素对拉曼谱图中D峰、G峰和2D峰的强度、位置和半峰宽的影响.%Graphene is a kind of two-dimensional atomic crystal with one
atomic layer,which is the basic structure unit of other dimensions of
graphite materials,such as zero dimensional fullerenes, one-dimensional
carbon nanotubes and three-dimensional graphite.Graphene has a lot of
unique elec-tronic and mechanical properties,which have attracted high
attention of many scientists in the field of chemistry,materials and other
fields.Raman spectroscopy as a sensitive and convenient characteriza-tion
从“魔角”石墨烯到摩尔超晶格量子模拟器
特邀综述
从“魔角”石墨烯到摩尔超晶格量子模拟器*
季怡汝1)2) 褚衍邦1)2) 冼乐德4)† 杨威1)2)3)4)‡ 张广宇1)2)3)4)
1) (中国科学院物理研究所, 北京凝聚态物理国家研究中心, 北京 100190)2) (中国科学院大学物理科学学院, 北京 100049)3) (纳米材料与器件物理北京市重点实验室, 北京 100190)4) (松山湖材料实验室, 东莞 523808)(2021 年3 月11日收到; 2021 年3 月28日收到修改稿)
自从魔角石墨烯在实验上被证实以来, 转角摩尔超晶格体系中存在的关联绝缘态和超导态吸引了大批科学家的目光, 并发展出了一门新的科学分支—转角电子学. 本文主要综述了最近转角摩尔超晶格体系在实验上的发展, 包括转角双层石墨烯(TBG)、转角双层-双层石墨烯(TDBG)以及其他二维摩尔超晶格体系,并简单介绍了摩尔超晶格量子模拟器的概念. 其中实验里浮现的关联绝缘态、超导态、以及铁磁态几乎囊括了近代凝聚态物理的几大热门话题, 同时, 逐步发展的二维摩尔超晶格量子模拟器研究也似乎有可能为强关联量子多体体系寻找一个突破口.
关键词：摩尔超晶格, 关联绝缘体, 超导, 磁性PACS：81.05.U–, 73.21.Cd, 73.50.–h, 74.70.Wz DOI: 10.7498/aps.70.20210476
1 引 言
“More is different”, 安德森的这篇文章开创了凝聚态物理的时代. 物理系统的复杂性不断增加会伴随着新的物理性质出现, 而这些新的物理并不能从简单的系统中推导出来, 而是需要新的解释、新的理论. 因此, 凝聚态物理中各种复杂的量子多体系统也成为了最让物理学家们着迷的领域. 随着体系复杂度的增加, 无法再用最基本简单的物理定律推导出现有的复杂体系, 于是如何描述量子多体系统成为了凝聚态物理的一个难点. 1982年,Richard Ferman[1]提出了量子模拟器的概念, 主要观点是通过一个相对简单、容易操控和调节参数的体系, 来模拟复杂的量子多体系统, 然后通过这个调节参数模拟的过程, 获得对复杂量子多体关联效应的深入认识. 最早开始研究的有基于超冷原子、离子阱、超导量子点等建立的量子模拟器. 最近几年, 摩尔超晶格系统的量子模拟器逐渐崭露头角, 尽管它的研究处于非常初期, 能模拟的量子体系也较少, 但比起其他系统, 基于摩尔超晶格系统的量子模拟器可以模拟体系在较大的温度区间和态密度区间的变化现象以及相应的相图, 并且该量子模拟器自身就是一个真实的凝聚态体系, 为模拟研究凝聚态体系的强关联现象、发掘和调控凝聚态体系中新颖的电子关联效应提供了一个崭新的平台.虽然理论上摩尔超晶格系统的构建十分优美,但是在实验上却是困难重重. 起初, 人们尝试在简单的晶格周期势中添加超晶格的周期势能, 形成子 * 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2020YFA0309600)、国家自然科学基金(批准号: 11834017, 61888102, 12074413)和中国科学院战略性先导科技专项B (批准号: XDB30000000, XDB33000000)资助的课题.† 通信作者. E-mail: xianlede@‡ 通信作者. E-mail: wei.yang@© 2021 中国物理学会 Chinese Physical Society物 理 学 报 Acta Phys. Sin. Vol. 70, No. 11 (2021) 118101
石墨烯带的电子输运性质【毕业作品】
毕-论
业-文
（20 届）
石墨烯带的电子输运性质
所在学院
专业班级 物理学
学生姓名 学号
指导教师 职称
完成日期 年 月
I 摘 要
【摘要】石墨烯是一种二维晶体，它在2004年由曼彻斯特大学的实验小组首次制备出。这种物质只含有一个原子的厚度，使其性质展现出与常规材料的极大不同，具有极高的导电性，目前这种物质已经成为凝聚态物理研究的热点之一。本文简要介绍了和石墨烯有关的碳材料，然后重点介绍了石墨烯的晶体结构、物理性质和制备方法。最后，本文讨论了Armchair型石墨烯纳米带含有两个空位的情况下电导与能量的关系。结果表明，在纳米带宽度一定下，两空位原子的相对位置对电导也造成重要影响。
【关键词】碳单质；Armchair型石墨烯；纳米带电导；空位。
II
Abstract
【ABSTRACT】Graphene is a kind of two-dimensional crystal, first made by the team from Manchester
university in 2004. Its width just consists of one atom. Therefore, it appears great difference from common
materials, and it has a very high conductivity. So far, this material has become one hot pot of condensed
matter physics research. This article simply introduces carbon materials relating to graphene, and introduces