有限宽介观环中持续电流量子尺寸和梯度无序效应

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1、Theeffectsofquantumsizesandgradientdisorderonthepersistentcurrentsinfinite-widthmesoscopicringsCandidateMaMingmingSupervisorProfessorDingJainwenCollegeFacultyofMaterialandPhotoelectronicPhysicsProgramCondensedMatterPhysicsSpecializationTheoryofCondensedMatterPhysicsDegree

2、MasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay25th,2010湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门

3、或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日湘潭大学硕士学位论文摘要在介观体系中，由于电子波函数的相位相干性，我们可以观察到许多新奇的物理现象。其中一个非常奇特的宏观量子效应便是正常介观环中磁通诱导的持续电流。这种电流是存在于非超导介观环中的一种热力学平衡、非耗散的宏观可观测电流。本论文中，我们将从紧束缚模型出发，理论上探讨了量子尺寸与

4、梯度无序效应对有限宽介观环中持续电流的影响。论文包括以下几部分：第一章，简要介绍介观物理学中的一些基本概念，阐述了介观环中持续电流的基本理论与实验进展，分析了量子尺寸效应与无序对介观环中持续电流的影响机制。第二章，研究了量子尺寸效应对石墨环中电子结构与持续电流的影响。在锯齿型六边形石墨环(HGRs)中，电子结构呈现出奇异的奇偶宽度效应。当环的宽度N为奇数时，环表现为金属性质，此时持续电流随磁通呈线性变化关系；而当环的宽度N为偶数时，环表现出半导体性质，此时持续电流随磁通呈正弦曲线变化关系。特别的是，当环的宽度比较大时，HGRs中的这种奇偶

5、效应却消失。在菱形石墨环(DGRs)中，我们分别计算了扶手型和锯齿型DGRs中的电子结构与持续电流。结果发现，对于1/3的扶手型DGRs表现出金属性质，而对于所有的锯齿型DGRs都表现出金属性质。尤其是，在同等大小的情况下，金属型锯齿型DGRs的持续电流要比金属型扶手型DGRs的持续电流小两个数量级。结果表明，在石墨环中，我们可以通过调节几何结构来调制其电子输运性质。第三章，研究了无序-有序二维介观环中无序梯度与几何结构等因素对环中持续电流的影响。在表面无序区无梯度衰减时，持续电流随无序度的变化先减小后增大，观察到类弹道和局域性的转变。当

6、存在梯度衰减时，典型电流比没有无序衰减时偏小。有趣的是，当无序度指数衰减时，上述类弹道和局域性的转变却消失了，揭示了介观实验中能否观察到该转变与无序的梯度分布密切相关。此外，我们计算了环的宽度和表面无序渗透的深度对持续电流的影响，呈现出奇异的量子尺寸效应。最后，我们对所做的工作进行了总结，对以后可能将要开展的工作进行了展望。关键词：持续电流；介观环；石墨环；量子尺寸效应；梯度无序I湘潭大学硕士学位论文AbstractDuetothephasecoherenceoftheelectronicwavefunction,wecanobserve

7、muchfancyphysicalphenomenainmesoscopicsystem.Oneveryuniquelymacroscopicalquantumphenomenaisthepersistentcurrent,inducedbythemagneticfluxthroughthecentreofanormalmesoscopicring.Thispersistentcurrentisathermodynamicequilibrium,non-dissipativeandobservablecurrent,flowingarou

8、ndanon-superconductingring.Inthisthesis,wewillemploythetight-bindingmodel,andtheoreticallystudyt