优秀工程硕士专业论文篇一

来源: 逆袭论文网 作者:admin 发布时间:2018-11-15 论文字数:字
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碳是自然界中很常见的元素,也是最特别的元素之一。长期以来,比起种类多达几百万种的有机化合物,人们发现的含碳无机化合物和碳单质的种类是比较少的。最早发现的碳单质就是金
第一章背景介绍
1.1 石墨稀的发现和应用
碳是自然界中很常见的元素,也是最特别的元素之一。长期以来,比起种类多达几百万种的有机化合物,人们发现的含碳无机化合物和碳单质的种类是比较少的。最早发现的碳单质就是金刚石和石墨,近年来,随着富勒稀、碳纳米管和石墨稀被陆续发现,碳单质家族的成员数量也大为增加。石墨稀是由碳原子按正六边形规则排列形成的平面二维晶体,是许多碳单质材料的母材料,它可以包裹成零维的富勒稀,也可以卷成一维的碳纳米管,还可以堆积成三维的石墨,如图1.1所示。早在1947年,人们就己经在理论上对石墨稀进行了研究但是当时它被认为是不可能实际存在的。因为早在二十世纪三十年代,Landau和Peierls就已经从理论上证明严格的二维晶体在有限温度下由于自身热运动涨落而变得极其不稳定从而难以稳定存在因此石墨燃只能作为三维结构石墨的一部分而存在。后来i.e. Meyer等人对石墨焼进行的电子衍射实1发现,石墨稀并不是一种严格的二维晶体,其表面存在纳米级别的波浪起伏,石墨炼通过这种热激发的动态起伏来降低表面能,从而能够维持自身的稳定存在石墨稀具有一系列令人惊异的性质,一经问世就引起了凝聚态物理各个领域的研究。
1.2 石墨煤的晶体结构
人为产生能带隙的方法有很多,包括破坏晶格对称性,引入缺陷和掺杂杂质等,本篇文章主要关注的是引入缺陷这种方法。宏观尺寸的晶体大多是多晶态的,而不同晶向的晶粒之间会形成晶界,对于石墨稀这种二维晶体自然也不例外。外延生长的大尺寸石墨烯,由于衬底的不完整性和生长过程中的动力学因素,总会存在一些点缺陷、线缺陷和晶界。借助TEM和STM,实验上己经在石墨稀中发现了晶界和线缺陷。如果要把石墨煤大规模地投入生产应用,晶界和线缺陷对其物理性质带来的影响是不能回避的问题,有越来越多的理论和实验结果证明,它们能显著地改变石墨稀的机械性质和电子输运性质。这些缺陷往往会降低石墨炼的机械强度,但同时也给操纵石墨稀电子带来了可能。
第二章计算方法和模型
2.1 切比雪夫多项式展开
数学上常常使用一些正交基函数对函数进行展开,例如众所皆知的傅立叶级数展开。在本篇文章中,我们计算中使用的是第一类切比雪夫多项式,它由以下递推关系确定:在实际的切比雪夫展开的过程中,我们显然不可能展开到无穷多项,因此必然存在截断的问题,这时往往会遇到吉布斯振荡问题。吉布斯振荡是指在函数展开过程中有限精度的截断会在函数的跳跃点引起很大的振荡效应,而且这种振荡并不会随着阶数的增加而消失。
2.2 应用KPM方法计算物理量
在介绍使用KPM方法计算物理量之前,我们先介绍一种矩阵求迹的方法。通常严格的求迹做法是先把矩阵对角化,然后再进行求迹,但是矩阵对角化是一个计算工作量为的操作,对于较大的系统,根本不可能实现严格对角化。所以我们要寻找更为快速的算法,这里要介绍的是一种利用随机态来估算矩阵的迹的方法, 经典的粒子同时具有确定的位置和动量,但是在量子力学中,根据海森堡不确定关系这是不可能的。Ljiang等人运用格林函数方法在更加准确的紧束缚近似哈密顿下,对该问题做了更进一步的理论研究,得到了一个更为准确的电子穿越线缺陷的透射率公式。与GW的结果不同,他们发现该透射率不仅与入射角有关,还和入射电子的能量有关。更为重要的区别是,他们发现:当电子以接近90度角入射时,其透射率将急剧地下降为0,而不是全部透射。
第三章模拟结果和讨论
3.1 含有(3,3) 1(5,0)晶界的石墨稀中的电子输运
我们首先考察电子在含有(3,3) 1(5,0)晶界的石墨焼中的输运性质。两边石墨稀的旋转角分别为化=0和=30°,晶界的周期长度1.25nm每个周期中存在三个五-七环缺陷。需要注意的是,由于两边石墨稀的晶格常数存在微小的差别,所以这种晶格的生成能量比较高(约5.0eV/nm),但是仍然小于石墨稀的裸露边界能量(约l0eV/nm) 所以这种晶界结构仍然可以稳定存在。从以上的数值模拟结果来看,电子透射率的确不仅和入射角度有关,也和能量有关。特别要强调的是:我们的模拟结果与GW的简单理论结果有明显不同,特别是在大入射角情况下,存在定性行为的差别。我们发现:即便能量很小,Dirac线性关系满足时,电子穿越线缺陷的透射率也会在某个临界角度《下存在一个透射率峰值;例如,对于r = +l的情况,当怂时,透射率很快减少为零,而不是如gw的简单理论所预言的那样一随着入射角e的增大不断增大。而出现峰值的入射角度则随着能量的增加而减小。
结论
线缺陷是不存在能带隙的。但是它或许能使石墨焼成为应用于自旋电子学的材料。自旋电子学的目的是实现操纵电子的自旋自由度,使自旋成为电荷以外的另一种有效的信息载体在过去几十年间,理论和实验上己经取得了很多进展,并且己经出现商业化产品。石墨稀之所以在自旋电子学领域引起人们的注意,一个原因是因为它的价电子除了空间和自旋自由度以外,还存在称为valley自由度的赝自旋。由于在倒空间中从尤跃迁到iT需要很大的动量变化量,所以valley自由度在一般的石墨稀电子散射中是非常稳定的,有利于对信息进行有效保存。但是通常情况下电子的valley自由度为尤或尤'的几率是相等的,所以需要找到能将具有不同valley自由度的电子分离开来的valley过滤器。
 

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