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耦合电磁场对石墨烯量子磁振荡的影响

卢亚鑫 马宁

耦合电磁场对石墨烯量子磁振荡的影响

卢亚鑫, 马宁
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  • 我们研究了包含自旋轨道耦合与杂质散射在内的石墨烯量子磁振荡对外加电磁场的响应. 我们发现, 石墨烯中自旋轨道耦合、电磁场以及边界共同修正了朗道能谱, 且当电场与磁场比值超过某一临界值时, 量子磁振荡会突然消失, 这与非相对论二维电子气的情况显著不同. 这种现象可以通过朗道量子化轨道由封闭转化为开放的半经典理论来解释. 此外, 我们还发现杂质散射和温度的共同作用会使得磁振荡振幅衰减. 我们的结果可用于分析石墨烯及其类似结构(硅烯、锗烯、锡烯等)的费米能级与朗道能谱的相互作用, 进而探测自旋轨道耦合引起的能隙.
      通信作者: 马宁, maning@tyut.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11074196, 11304241)、太原理工大学引进人才基金(批准号: tyutrc-201273a)和太原理工大学校基金(批准号: 1205-04020102)资助的课题.
    [1]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Zhang Y, Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov A A 2004 Science 306 666

    [2]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Katsnelson M I, Grigorieva I V, Dubonos S V, Firsov A A 2005 Nature 438 197

    [3]

    Zhang Y B, Tan Y W, Stormer H L, Kim P 2005 Nature 438 201

    [4]

    Sharapov S G, Gusynin V P, Beck H 2003 Phys. Rev. B 67 144509

    [5]

    Gusynin V P, Sharapov S G 2005 Phys. Rev. Lett. 95 146801

    [6]

    Gusynin V P, Sharapov S G 2005 Phys. Rev. B 71 125124

    [7]

    Gusynin V P, Sharapov S G 2006 Phys. Rev. B 73 245411

    [8]

    Lukose V, Shankar R, Baskaran G 2007 Phys. Rev. Lett. 98 116802

    [9]

    Gu N, Rudner M, Young A, Kim P, Levitov L 2011 Phys. Rev. Lett. 106 066601

    [10]

    Zhang S L, Ma N, Zhang E H 2010 J. Phys. Condens. Matter 22 115302

    [11]

    Ma N, Zhang S L, Liu D Q, Zhang E H 2011 Phys. Lett. A 375 3624

    [12]

    Reis M S, Soriano S 2013 Appl. Phys. Lett. 102 112903

    [13]

    Reis M S 2013 Solid State Commun. 161 19

    [14]

    Alisultanov Z Z 2014 JETP Letters 99 232

    [15]

    Alisultanov Z Z 2014 Physica B 438 41

    [16]

    Alisultanov Z 2014 Phys. Letters A 378 2329

    [17]

    Ji Q S, Hao H Y, Zhang C X, Wang R 2015 Acta Phys. Sin. 64 087302 (in Chinese) [季青山, 郝鸿雁, 张存熙, 王瑞 2015 物理学报 64 087302]

    [18]

    Dresselhaus G, Dressehaus M S 1965 Phys. Rev. 140 A401

    [19]

    Kane C L, Mele E J 2005 Phys. Rev. Lett. 95 146802

    [20]

    Min H, Hill J E, Sinitsyn N A, Sahu B R, Kleinman L, MacDonald A H 2006 Phys. Rev. B 74 165310

    [21]

    Huertas-Hernando D, Guinea F, Brataas A 2006 Phys. Rev. B 74 155426

    [22]

    Gmitra M, Konschuh S, Ertler C, Ambrosch-Draxl C, Fabian J 2009 Phys. Rev. B 80 235431

    [23]

    Yao Y, Ye F, Qi X L, Zhang S C, Fang Z 2007 Phys. Rev. B 75 041401(R)

    [24]

    Varykhalov A, Sanchez-Barriga J, Shikin A M, Biswas C, Vescovo E, Rybkin A, Marchenko D, Rader O 2008 Phys. Rev. Lett. 101 157601

    [25]

    Castro Neto A H, Guinea F 2009 Phys. Rev. Lett. 103 026804

    [26]

    Dresselhaus G 1955 Phys. Rev. 100 580

    [27]

    Yang Y E, Xiao Y, Yan X H, Dai C J 2015 Chin. Phys. B 24 117204

    [28]

    Cahangirov S, Topsakal M, Aktrk E, Sahin H, Ciraci S 2009 Phys. Rev. Lett. 102 236804

    [29]

    Fang Y M, Hang Z Q, Hsu C H, Li X D, Xu Y X, Zhou Y H, Wu Z S, Chuang F C, Zhu Z Z 2015 Scientific Reports 5 14196

    [30]

    Landau L D, Diamagnetismus D M 1930 Z. Phys. 64 629

    [31]

    Landau L D, Lifshitz E M 1971 Relativistic Quantum Theory (New York: Pergamon Press) p100

    [32]

    Zutic I, Fabian J, Sarma S D 2004 Rev. Mod. Phys. 76 323

    [33]

    Dresselhaus G, Dressehaus M S 1965 Phys. Rev. 140 A401

    [34]

    Meng L, Wang Y L, Zhang L Z, Du S X, Gao H J 2015 Chin. Phys. B 24 086803

  • [1]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Zhang Y, Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov A A 2004 Science 306 666

    [2]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Katsnelson M I, Grigorieva I V, Dubonos S V, Firsov A A 2005 Nature 438 197

    [3]

    Zhang Y B, Tan Y W, Stormer H L, Kim P 2005 Nature 438 201

    [4]

    Sharapov S G, Gusynin V P, Beck H 2003 Phys. Rev. B 67 144509

    [5]

    Gusynin V P, Sharapov S G 2005 Phys. Rev. Lett. 95 146801

    [6]

    Gusynin V P, Sharapov S G 2005 Phys. Rev. B 71 125124

    [7]

    Gusynin V P, Sharapov S G 2006 Phys. Rev. B 73 245411

    [8]

    Lukose V, Shankar R, Baskaran G 2007 Phys. Rev. Lett. 98 116802

    [9]

    Gu N, Rudner M, Young A, Kim P, Levitov L 2011 Phys. Rev. Lett. 106 066601

    [10]

    Zhang S L, Ma N, Zhang E H 2010 J. Phys. Condens. Matter 22 115302

    [11]

    Ma N, Zhang S L, Liu D Q, Zhang E H 2011 Phys. Lett. A 375 3624

    [12]

    Reis M S, Soriano S 2013 Appl. Phys. Lett. 102 112903

    [13]

    Reis M S 2013 Solid State Commun. 161 19

    [14]

    Alisultanov Z Z 2014 JETP Letters 99 232

    [15]

    Alisultanov Z Z 2014 Physica B 438 41

    [16]

    Alisultanov Z 2014 Phys. Letters A 378 2329

    [17]

    Ji Q S, Hao H Y, Zhang C X, Wang R 2015 Acta Phys. Sin. 64 087302 (in Chinese) [季青山, 郝鸿雁, 张存熙, 王瑞 2015 物理学报 64 087302]

    [18]

    Dresselhaus G, Dressehaus M S 1965 Phys. Rev. 140 A401

    [19]

    Kane C L, Mele E J 2005 Phys. Rev. Lett. 95 146802

    [20]

    Min H, Hill J E, Sinitsyn N A, Sahu B R, Kleinman L, MacDonald A H 2006 Phys. Rev. B 74 165310

    [21]

    Huertas-Hernando D, Guinea F, Brataas A 2006 Phys. Rev. B 74 155426

    [22]

    Gmitra M, Konschuh S, Ertler C, Ambrosch-Draxl C, Fabian J 2009 Phys. Rev. B 80 235431

    [23]

    Yao Y, Ye F, Qi X L, Zhang S C, Fang Z 2007 Phys. Rev. B 75 041401(R)

    [24]

    Varykhalov A, Sanchez-Barriga J, Shikin A M, Biswas C, Vescovo E, Rybkin A, Marchenko D, Rader O 2008 Phys. Rev. Lett. 101 157601

    [25]

    Castro Neto A H, Guinea F 2009 Phys. Rev. Lett. 103 026804

    [26]

    Dresselhaus G 1955 Phys. Rev. 100 580

    [27]

    Yang Y E, Xiao Y, Yan X H, Dai C J 2015 Chin. Phys. B 24 117204

    [28]

    Cahangirov S, Topsakal M, Aktrk E, Sahin H, Ciraci S 2009 Phys. Rev. Lett. 102 236804

    [29]

    Fang Y M, Hang Z Q, Hsu C H, Li X D, Xu Y X, Zhou Y H, Wu Z S, Chuang F C, Zhu Z Z 2015 Scientific Reports 5 14196

    [30]

    Landau L D, Diamagnetismus D M 1930 Z. Phys. 64 629

    [31]

    Landau L D, Lifshitz E M 1971 Relativistic Quantum Theory (New York: Pergamon Press) p100

    [32]

    Zutic I, Fabian J, Sarma S D 2004 Rev. Mod. Phys. 76 323

    [33]

    Dresselhaus G, Dressehaus M S 1965 Phys. Rev. 140 A401

    [34]

    Meng L, Wang Y L, Zhang L Z, Du S X, Gao H J 2015 Chin. Phys. B 24 086803

  • [1] 计青山, 郝鸿雁, 张存喜, 王瑞. 硅烯中受电场调控的体能隙和朗道能级. 物理学报, 2015, 64(8): 087302. doi: 10.7498/aps.64.087302
    [2] 姚志东, 李炜, 高先龙. 点缺陷扶手型石墨烯量子点的电子性质研究. 物理学报, 2012, 61(11): 117105. doi: 10.7498/aps.61.117105
    [3] 陈东海, 杨谋, 段后建, 王瑞强. 自旋轨道耦合作用下石墨烯pn结的电子输运性质. 物理学报, 2015, 64(9): 097201. doi: 10.7498/aps.64.097201
    [4] 施婷婷, 汪六九, 王璟琨, 张威. 自旋轨道耦合量子气体中的一些新进展. 物理学报, 2020, 69(1): 016701. doi: 10.7498/aps.69.20191241
    [5] 梁滔, 李铭. 自旋轨道耦合系统中的整数量子霍尔效应. 物理学报, 2019, 68(11): 117101. doi: 10.7498/aps.68.20190037
    [6] 徐荣青, 周青春, 王嘉赋. 自旋-轨道耦合对磁性绝缘体磁光Kerr效应的影响. 物理学报, 2002, 51(7): 1639-1644. doi: 10.7498/aps.51.1639
    [7] 张超杰, 周婷, 杜鑫鹏, 王同标, 刘念华. 利用石墨烯等离激元与表面声子耦合增强量子摩擦. 物理学报, 2016, 65(23): 236801. doi: 10.7498/aps.65.236801
    [8] 汤乃云. 耦合量子点中空穴基态反键态特性研究. 物理学报, 2013, 62(5): 057301. doi: 10.7498/aps.62.057301
    [9] 赵正印, 王红玲, 李明. Al0.6Ga0.4N/GaN/Al0.3Ga0.7N/Al0.6Ga0.4N量子阱中的Rashba自旋劈裂. 物理学报, 2016, 65(9): 097101. doi: 10.7498/aps.65.097101
    [10] 宋冬灵, 明亮, 单昊, 廖天河. 超强磁场下电子朗道能级稳定性及对电子费米能的影响. 物理学报, 2016, 65(2): 027102. doi: 10.7498/aps.65.027102
    [11] 李成, 蔡理, 王森, 刘保军, 崔焕卿, 危波. 石墨烯沟道全自旋逻辑器件开关特性. 物理学报, 2017, 66(20): 208501. doi: 10.7498/aps.66.208501
    [12] 杨光敏, 徐强, 李冰, 张汉壮, 贺小光. 不同N掺杂构型石墨烯的量子电容研究. 物理学报, 2015, 64(12): 127301. doi: 10.7498/aps.64.127301
    [13] 陈浩, 张晓霞, 王鸿, 姬月华. 基于磁激元效应的石墨烯-金属纳米结构近红外吸收研究. 物理学报, 2018, 67(11): 118101. doi: 10.7498/aps.67.20180196
    [14] 陈丽, 孙媛媛, 王永龙, 潘洪哲, 徐明. 单层正三角锯齿型石墨烯量子点的电子结构和磁性. 物理学报, 2010, 59(9): 6443-6449. doi: 10.7498/aps.59.6443
    [15] 叶鹏飞, 陈海涛, 卜良民, 张堃, 韩玖荣. SnO2量子点/石墨烯复合结构的合成及其光催化性能研究. 物理学报, 2015, 64(7): 078102. doi: 10.7498/aps.64.078102
    [16] 许杰, 周丽, 黄志祥, 吴先良. 含石墨烯临界耦合谐振器的吸收特性研究. 物理学报, 2015, 64(23): 238103. doi: 10.7498/aps.64.238103
    [17] 张存喜, 王瑞, 孔令民. 太赫兹场辅助的单量子阱自旋共振输运. 物理学报, 2010, 59(7): 4980-4984. doi: 10.7498/aps.59.4980
    [18] 李小毛, 陈宇光, 肖贤波. 含stubs量子波导系统的电子自旋极化输运性质. 物理学报, 2009, 58(11): 7909-7913. doi: 10.7498/aps.58.7909
    [19] 耿虎, 计青山, 张存喜, 王瑞. 缀饰格子中时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应. 物理学报, 2017, 66(12): 127303. doi: 10.7498/aps.66.127303
    [20] 郑加金, 王雅如, 余柯涵, 徐翔星, 盛雪曦, 胡二涛, 韦玮. 基于石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管的光电探测器. 物理学报, 2018, 67(11): 118502. doi: 10.7498/aps.67.20180129
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-06-25
  • 修回日期:  2015-10-27
  • 刊出日期:  2016-01-20

耦合电磁场对石墨烯量子磁振荡的影响

  • 1. 太原理工大学 物理与光电工程学院, 太原 030024
  • 通信作者: 马宁, maning@tyut.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11074196, 11304241)、太原理工大学引进人才基金(批准号: tyutrc-201273a)和太原理工大学校基金(批准号: 1205-04020102)资助的课题.

摘要: 我们研究了包含自旋轨道耦合与杂质散射在内的石墨烯量子磁振荡对外加电磁场的响应. 我们发现, 石墨烯中自旋轨道耦合、电磁场以及边界共同修正了朗道能谱, 且当电场与磁场比值超过某一临界值时, 量子磁振荡会突然消失, 这与非相对论二维电子气的情况显著不同. 这种现象可以通过朗道量子化轨道由封闭转化为开放的半经典理论来解释. 此外, 我们还发现杂质散射和温度的共同作用会使得磁振荡振幅衰减. 我们的结果可用于分析石墨烯及其类似结构(硅烯、锗烯、锡烯等)的费米能级与朗道能谱的相互作用, 进而探测自旋轨道耦合引起的能隙.

English Abstract

参考文献 (34)

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