应力石墨烯在外场中的电子和光学性质

作     者：吕永平 

作者单位：山西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闫维贤

授予年度：2015年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 

主      题：应力石墨烯 能带 朗道能级 线性吸收 四波混频 

摘      要：石墨烯是一种新型的材料,它的几何结构是由六个碳原子形成正六边形在二维空间内无限循环所形成的蜂窝状结构,其厚度仅仅是一个原子的尺寸。这种简单的结构在许多方面都显现出奇特的物理现象,如载流子有很高的迁移率、导热性、超大的强度和反常量子霍尔效应等。由于理想石墨烯哈密顿和无质量的Dirac粒子哈密顿是一样的,但有效速度约为光速的1/300,这样石墨烯为高能物理和凝聚态物理之间建起了桥梁。应力是有效改变石墨烯物理性质的手段,即所谓的应力工程。石墨烯能带中的导带和价带是用同一个方程描述,这与光学性质密切相关;吸收系数和四波混频是用光学手段探测电子性质的最佳途径之一。基于此,本文就从以下两方面着手来研究它的重要性。(1)研究了理想石墨烯和应变石墨烯超晶格的能带,通过对两势垒Kronig-Penney模型的推广,得到了超晶格周期单元中包含三势垒(阱)的能带解析表达式。通过数值计算分析了能带随动量、晶格长度及armchair方向应力的变化情况。我们发现,晶格长度和应力能够对能带的形状、新的狄拉克点、群速与态密度等起决定性作用,近而影响其动力学。(2)研究了应力石墨烯的光学性质,其中包括线性光学和非线性光学性质。应力石墨烯在磁场中的朗道能级间的间距变得更窄,我们对处于强磁场中的理想石墨烯和应力石墨烯的线性吸收做了比较发现：应力通过对朗道能级、密度矩阵等的影响会增强线性吸收,而且沿着zigzag方向施加的应力对光吸收的影响要大于沿armchair方向施加的应力。在非线性光学中,通过微扰求解四波混频信号,我们发现,应力依然会加强四波混频信号,在某些特定范围的失谐处,有应力时的四波混频信号会呈现出强烈的改变。