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n-p共掺杂两维体系自旋电子学性质研究

齐世飞  
【摘要】:在石墨烯体系中引入自旋轨道耦合可以诱导各种拓扑现象,如量子自旋霍尔效应和量子反常霍尔效应等,这些效应也可以应用到自旋电子学领域。然而由于石墨烯内禀的自旋轨道耦合非常弱,实验上根本观测不到。为此,可以通过一定的方式在石墨烯中引入外在的自旋轨道耦合,如Rashba自旋轨道耦合的引入[1]。之前的一些研究已经证实,想要找到一种在石墨烯中引入较强自旋轨道耦合效应而不显著影响其基本物理性质的方式是非常困难的。受之前n-p共掺杂相关工作的启发[2-4],本文中,我们使用第一性原理计算方法研究了n-p(B/Tl和B/In)共掺杂石墨烯。研究发现, n型和p型掺杂物之间的静电吸引有效的增加了原子的吸附并抑制其团簇化;石墨烯体系π带的Rashba劈裂能可达到130meV;此外, n-p共掺的电荷补偿效应有利于保持石墨烯的特殊物理性质;进一步的电子结构分析表明n型的Tl, p型的B之间的静电相互作用破坏石墨烯的空间反演对称性从而诱导了较强的Rashba型自旋轨道耦合。

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