搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

自旋轨道耦合作用对碳纳米管电子能带结构的影响

杨杰 董全力 江兆潭 张杰

引用本文:
Citation:

自旋轨道耦合作用对碳纳米管电子能带结构的影响

杨杰, 董全力, 江兆潭, 张杰

Electronic energy band structures of carbon nanotubeswith spin-orbit coupling interaction

Dong Quan-Li, Zhang Jie, Yang Jie, Jiang Zhao-Tan
PDF
导出引用
  • 本文考虑自旋轨道耦合作用的情况下,采用紧束缚近似螺旋对称模型计算了单壁碳纳米管的电子能带结构.研究发现:对于Armchair型单壁碳纳米管,自旋轨道耦合作用和弯曲效应共同导致了费米面Dirac点附近电子能带结构的能隙;对于Zigzag型和手性单壁碳纳米管,自旋轨道耦合作用使得电子最高占据态和最低未占据态产生能级劈裂,能级劈裂的大小不但与碳纳米管的直径和手性角密切相关,而且相对于费米面是不对称的;根据指数(n,m)可以将Zigzag型和手性单壁碳纳米管分为金属性碳纳米管(ν=0)
    Based on the symmetry adapted tight-binding model, the electronic energy band structures of single wall carbon nanotubes are calculated by considering the spin-orbit coupling interaction. The energy gaps at the Dirac point for the armchair nanotubes are formed due to the spin-orbit coupling interaction and the curvature effect. For the zigzag and chiral carbon nanotubes,the energy band splittings for the lowest unoccupied states and the highest occupied states are also formed by the spin-orbit coupling interaction. The energy splittings are not only dependedent on the diameter and the chiral angle of the carbon nanotubes, but also a symmetric with respect to the Fermi energy level. According to the chiral index (n, m), different tube behaviors are grouped into three families. The numeral results are in good agreement with the experimental results.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10774184,10974015,11074292)和国家重点基础研究发展计划(973)项目(批准号:2007CB815101)资助的课题.
    [1]

    Iijima S 1991 Nature (London) 354 56

    [2]

    Mintmire J M, Dunlap B I, White C T 1992 Phys. Rev. Lett. 68 631

    [3]

    Hamada N, Sawada S, Oshiyama A 1992 Phys. Rev. Lett. 68 1579

    [4]

    Ouyang M, Huang J, Cheung C L, Lieber C M 2001 Science 292 7302

    [5]

    Zhang Z H, Peng J C, Chen X H 2001 Acta Phys. Sin. 50 1150 (in Chinese) [张振华、彭景翠、陈小华 2001 物理学报 50 1150]

    [6]

    Ou Y Y, Peng J C, Wang H, Yi S P 2008 Acta Phys. Sin. 57 615 (in Chinese) [欧阳玉、彭景翠、王 慧、易双萍 2008 物理学报 57 615]

    [7]

    Mei L W, Zhang Z H, Ding K H 2009 Acta Phys. Sin. 58 1971 (in Chinese) [梅龙伟、张振华、丁开和 2009 物理学报 58 1971]

    [8]

    Satio R, Fujita M, Dresselhaus G, Dresselhaus M S 1992 Appl. Phys. Lett. 60 2204

    [9]

    Satio R, Fujita M, Dresselhaus G, Dresselhaus M S 1992 Phys. Rev. B 46 1804

    [10]

    Popov V N 2004 New J. Phys. 6 17

    [11]

    Popov V N, Henrard 2004 Phys. Rev. B 70 115407

    [12]

    Ando T 2000 J. Phys. Soc. Jpn. 69 1757

    [13]

    Liang W, Bocktath M, Park H 2002 Phys. Rev. Lett. 88 126801

    [14]

    Jarillo-Herrero P, Kong J, van der Zant H S J, Dekker C, Kouwenhoven L P, Franceschi S D 2005 Nature (London) 434 484

    [15]

    Jarillo-Herrero P, Kong J, van der Zant H S J, Dekker C, Kouwenhoven L P, Franceschi S D 2005 Phys. Rev. Lett. 94 186806

    [16]

    Chico L, Lopez-Sancho M P, Munoz M C 2004 Phys. Rev. Lett. 93 176402

    [17]

    Chico L, Lopez-Sancho M P, Munoz M C 2009 Phys. Rev. B 79 235423

    [18]

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

    [19]

    Zhou J, Liang Q F, Dong J M 2009 Phys. Rev. B 79 195427

    [20]

    Tsukagoshi, Alphenaar B W, Ago H 1999 Nature (London) 401 572

    [21]

    Kuemmeth F, Ilani S, Ralph D, McEuen P 2008 Nature (London) 452 448

    [22]

    Izumida W, Sato K, Saito R 2009 J. Phys. Soc. Jpn. 78 070407

    [23]

    Kato T, Onari S, Inoue J 2010 Physica E 42 729

    [24]

    Porezag D, Frauenheim Th, Khler Th 1995 Phys. Rev. B 59 12678

    [25]

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

  • [1]

    Iijima S 1991 Nature (London) 354 56

    [2]

    Mintmire J M, Dunlap B I, White C T 1992 Phys. Rev. Lett. 68 631

    [3]

    Hamada N, Sawada S, Oshiyama A 1992 Phys. Rev. Lett. 68 1579

    [4]

    Ouyang M, Huang J, Cheung C L, Lieber C M 2001 Science 292 7302

    [5]

    Zhang Z H, Peng J C, Chen X H 2001 Acta Phys. Sin. 50 1150 (in Chinese) [张振华、彭景翠、陈小华 2001 物理学报 50 1150]

    [6]

    Ou Y Y, Peng J C, Wang H, Yi S P 2008 Acta Phys. Sin. 57 615 (in Chinese) [欧阳玉、彭景翠、王 慧、易双萍 2008 物理学报 57 615]

    [7]

    Mei L W, Zhang Z H, Ding K H 2009 Acta Phys. Sin. 58 1971 (in Chinese) [梅龙伟、张振华、丁开和 2009 物理学报 58 1971]

    [8]

    Satio R, Fujita M, Dresselhaus G, Dresselhaus M S 1992 Appl. Phys. Lett. 60 2204

    [9]

    Satio R, Fujita M, Dresselhaus G, Dresselhaus M S 1992 Phys. Rev. B 46 1804

    [10]

    Popov V N 2004 New J. Phys. 6 17

    [11]

    Popov V N, Henrard 2004 Phys. Rev. B 70 115407

    [12]

    Ando T 2000 J. Phys. Soc. Jpn. 69 1757

    [13]

    Liang W, Bocktath M, Park H 2002 Phys. Rev. Lett. 88 126801

    [14]

    Jarillo-Herrero P, Kong J, van der Zant H S J, Dekker C, Kouwenhoven L P, Franceschi S D 2005 Nature (London) 434 484

    [15]

    Jarillo-Herrero P, Kong J, van der Zant H S J, Dekker C, Kouwenhoven L P, Franceschi S D 2005 Phys. Rev. Lett. 94 186806

    [16]

    Chico L, Lopez-Sancho M P, Munoz M C 2004 Phys. Rev. Lett. 93 176402

    [17]

    Chico L, Lopez-Sancho M P, Munoz M C 2009 Phys. Rev. B 79 235423

    [18]

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

    [19]

    Zhou J, Liang Q F, Dong J M 2009 Phys. Rev. B 79 195427

    [20]

    Tsukagoshi, Alphenaar B W, Ago H 1999 Nature (London) 401 572

    [21]

    Kuemmeth F, Ilani S, Ralph D, McEuen P 2008 Nature (London) 452 448

    [22]

    Izumida W, Sato K, Saito R 2009 J. Phys. Soc. Jpn. 78 070407

    [23]

    Kato T, Onari S, Inoue J 2010 Physica E 42 729

    [24]

    Porezag D, Frauenheim Th, Khler Th 1995 Phys. Rev. B 59 12678

    [25]

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

  • [1] 王志梅, 王虹, 薛乃涛, 成高艳. 自旋轨道耦合量子点系统中的量子相干. 物理学报, 2022, 71(7): 078502. doi: 10.7498/aps.71.20212111
    [2] 李家锐, 王梓安, 徐彤彤, 张莲莲, 公卫江. 一维${\cal {PT}}$对称非厄米自旋轨道耦合Su-Schrieffer-Heeger模型的拓扑性质. 物理学报, 2022, 0(0): . doi: 10.7498/aps.71.20220796
    [3] 薛海斌, 段志磊, 陈彬, 陈建宾, 邢丽丽. 自旋轨道耦合Su-Schrieffer-Heeger原子链系统的电子输运特性. 物理学报, 2021, 70(8): 087301. doi: 10.7498/aps.70.20201742
    [4] 孙志伟, 何燕, 唐元政. 单壁碳纳米管受限空间内水的分布. 物理学报, 2021, 70(6): 060201. doi: 10.7498/aps.70.20201523
    [5] 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
    [6] 李志强, 王月明. 一维谐振子束缚的自旋轨道耦合玻色气体. 物理学报, 2019, 68(17): 173201. doi: 10.7498/aps.68.20190143
    [7] 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
    [8] 龚士静, 段纯刚. 金属表面Rashba自旋轨道耦合作用研究进展. 物理学报, 2015, 64(18): 187103. doi: 10.7498/aps.64.187103
    [9] 李论雄, 苏江滨, 吴燕, 朱贤方, 王占国. 电子束诱导单壁碳纳米管不稳定的新观察. 物理学报, 2012, 61(3): 036401. doi: 10.7498/aps.61.036401
    [10] 张磊, 李辉武, 胡梁宾. 二维自旋轨道耦合电子气中持续自旋螺旋态的稳定性的研究. 物理学报, 2012, 61(17): 177203. doi: 10.7498/aps.61.177203
    [11] 赵佩, 郑继明, 陈有为, 郭平, 任兆玉. 单壁碳纳米管吸附氧分子的电子输运性质理论研究. 物理学报, 2011, 60(6): 068501. doi: 10.7498/aps.60.068501
    [12] 秦威, 张振华, 刘新海. 卷曲效应对单壁碳纳米管电子结构的影响. 物理学报, 2011, 60(12): 127303. doi: 10.7498/aps.60.127303
    [13] 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
    [14] 王昆鹏, 师春生, 赵乃勤, 杜希文. B(N)掺杂单壁碳纳米管的Al原子吸附性能的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(12): 7833-7840. doi: 10.7498/aps.57.7833
    [15] 王照亮, 梁金国, 唐大伟, Y. T. Zhu. 单根单壁碳纳米管导热系数随长度变化尺度效应的实验和理论. 物理学报, 2008, 57(6): 3391-3396. doi: 10.7498/aps.57.3391
    [16] 牛志强, 方 炎. 催化剂组分对制备单壁碳纳米管的影响. 物理学报, 2007, 56(3): 1796-1801. doi: 10.7498/aps.56.1796
    [17] 马燕萍, 尚学府, 顾智企, 李振华, 王 淼, 徐亚伯. 单壁碳纳米管在场发射显示器中的应用研究. 物理学报, 2007, 56(11): 6701-6704. doi: 10.7498/aps.56.6701
    [18] 梁君武, 胡慧芳, 韦建卫, 彭 平. 氧吸附对单壁碳纳米管的电子结构和光学性能的影响. 物理学报, 2005, 54(6): 2877-2882. doi: 10.7498/aps.54.2877
    [19] 陆 地, 颜晓红, 丁建文. 单壁碳纳米管中电子的有效质量. 物理学报, 2004, 53(2): 527-530. doi: 10.7498/aps.53.527
    [20] 孙建平, 张兆祥, 侯士敏, 赵兴钰, 施祖进, 顾镇南, 刘惟敏, 薛增泉. 用场发射显微镜研究单壁碳纳米管场发射. 物理学报, 2001, 50(9): 1805-1809. doi: 10.7498/aps.50.1805
计量
  • 文章访问数:  7666
  • PDF下载量:  919
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-07-23
  • 修回日期:  2010-11-02
  • 刊出日期:  2011-07-15

自旋轨道耦合作用对碳纳米管电子能带结构的影响

  • 1. (1)北京理工大学理学院物理系,北京 100081; (2)中国科学院物理研究所光物理重点实验室,北京 100190
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10774184,10974015,11074292)和国家重点基础研究发展计划(973)项目(批准号:2007CB815101)资助的课题.

摘要: 本文考虑自旋轨道耦合作用的情况下,采用紧束缚近似螺旋对称模型计算了单壁碳纳米管的电子能带结构.研究发现:对于Armchair型单壁碳纳米管,自旋轨道耦合作用和弯曲效应共同导致了费米面Dirac点附近电子能带结构的能隙;对于Zigzag型和手性单壁碳纳米管,自旋轨道耦合作用使得电子最高占据态和最低未占据态产生能级劈裂,能级劈裂的大小不但与碳纳米管的直径和手性角密切相关,而且相对于费米面是不对称的;根据指数(n,m)可以将Zigzag型和手性单壁碳纳米管分为金属性碳纳米管(ν=0)

English Abstract

参考文献 (25)

目录

    /

    返回文章
    返回