磷烯各向异性电导与电场调控

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1、学校代码10530学号201510121218分类号O469密级硕士学位论文磷烯各向异性电导与电场调控学位申请人朱文娟指导教师丁建文教授学院名称物理与光电工程学院学科专业物理学研究方向低维凝聚态物理二〇一八年六月八日ConductanceanisotropyinphosphorenetunedwithexternalelectricfieldCandidateZhuWenjuanSupervisorProfessorDingJianwenCollegePhysicsandoptoelectronicengineeringProgramPhysicsSpecial

2、izationLowDimensionalCondensedMatterPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune8,2018摘要磷烯自从2014年被制备出来，因其特殊的结构，优异的性能受到了人们的广泛关注。磷烯具有直接带隙，而且其带隙与层数具有依赖性。它的开关比高达105，而且具有较高的载流子迁移率，室温下达到1000cm2V-1s-1。这些特性使得磷烯在纳米电子以及光电子器件中具有广阔的应用前景。特别的是，磷烯具有高的迁移率并且呈现强的各向异性。实验观测磷烯电导各向异性，其

3、电导各向异性强度基本一致，然而，不同实验观察其电导极大方向不同，介于-5°与50°之间。在理论研究中，人们得到磷烯电导各向异性的大小是实验测量值的10倍，其电导极大值仅位于晶向指数(0，n)的扶手椅型方向，不同于实验观察。磷烯电导各向异性，其物理机制仍不清楚，有待深入的探索。本论文中，我们基于紧束缚模型和非平衡格林函数方法，计算研究了磷烯电导各向异性及其电场调控效应。其主要研究内容分为以下几个部分：1、单层磷烯的各向异性电导与电场调控。(1)基于四带紧束缚模型，发展格林函数方法，研究了单层磷烯电导的各向异性及其物理机制。结果表明磷烯电导的各向异性与化学势密切相关

4、，其电导极大与极小之比值、电导极大方向均随化学势显著改变，理论结果与实验测量很好相符，较好解释了不同的实验观察，揭示其原因与实验观察条件如化学势、外场等因素密切相关。(2)探索了电场对单层磷烯电导各向异性的调控作用。在电场调控下，单层磷烯电导各向异性强度可显著提高，在一定条件下可以提升一个数量级。并且，电导极值方向在电场调控下甚至出现极大极小值方向相互之间的转变。研究结果对磷烯器件设计及性能调控有指导作用。2、双层磷烯各向异性电导的层间耦合效应。研究了双层磷烯的电导各向异性及其层间耦合效应。结果表明，磷烯电导各向异性不仅与化学势有关，层间耦合也对电导各向异性也有

5、一定调制作用，其电导各向异性强度和电导极值方向都发生了不同改变。关键词：磷烯；格林函数方法；电导各向异性；化学势；电场IAbstractThephosphorenehasbeenwidelypaidattentionsbecauseofitsspecialstructureandexcellentproperties,sinceithadbeenfabricatedsuccessfullyin2014.Phosphorenehasadirectbandgap,anditsbandgapstronglydependsonthenumberoflayers.Thep

6、hosphorenehasnotonlyahighon/offratioupto105,butalsorelativelyhighcarriermobilityupto1000cm2V-1s-1atroomtemperature.Becauseofthesesuperiorproperties,thephosphorenehasahighapplicationprospectinnano-electronicandopto-electronicdevices.Inparticular,phosphorenehasahighcarriermobilityandas

7、trongin-planeanisotropy.Theconductanceanisotropyofphosphorenehasbeenobservedexperimentally.Althoughtheintensityofconductanceanisotropyisbasicallythesame,thedirectionofmaximumconductanceisdifferentinvariousexperiments,locatedbetween-5°and50°.Inthetheoreticalstudies,themagnitudeofcondu

8、ctanceanisot