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凝聚态物理学进展｜局域势调控下石墨烯/h-BN异质结的能带结构和量子相变

汉斯出版社

2022-08-09

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导读：

石墨烯是一种令人着迷的材料，有着较高的载流子迁移率，有希望成为新一代电子元件。但是石墨烯是零带隙，在制作元件时会导致开/关电流比很小，所以打开石墨烯带隙变得至关重要。

基本信息：

局域势调控下石墨烯/h-BN异质结的能带结构和量子相变

Band Structure and Quantum Phase Transition of Graphene/h-BN Heterojunction under Local Potential Control

作者：

唐婷婷, 张军*：新疆大学物理科学与技术学院，新疆乌鲁木齐

关键词:

石墨烯/h-BN异质结；内禀自旋轨道耦合；局域势；量子自旋霍尔态；Graphene/h-BN Heterojunction；Intrinsic Spin-Orbit Coupling；Local Potential；Quantum Spin Hall State

项目基金：

本文受到国家自然科学基金资助 No. 11864039。

原文链接：

https://doi.org/10.12677/CMP.2022.113007

内容简介：

基于石墨烯的这些特殊性质，研究者对石墨烯/h-BN异质结进行了大量的研究，但石墨烯/h-BN纳米带(GBNNR)的许多性质仍不清楚，特别是受局域势调控下的石墨烯/h-BN异质结的能带结构和拓扑量子相变性质。因此在汉斯出版社《凝聚态物理学进展》期刊中，有论文研究在晶格匹配的条件下采用紧束缚方法研究Bernal堆叠zigzag边界GBNNR在局域势调控下的能带结构及量子相变。

论文研究的石墨烯/h-BN异质结是由单层石墨烯和单层h-BN通过范德瓦尔斯力结合而成。异质结的顶层为石墨烯层，底层为h-BN层，这种堆叠最稳定的构型为Bernal堆叠，即一个碳原子位于硼原子顶部，而另一个碳原子位于h-BN环中心上方。GBNNR中y为周期性方向，x为开边界方向包含40条锯齿链(即N=80个格点)。局域势V1和V2分别施加在石墨烯层的上半部分和下半部分，V3和V4分别施加在h-BN层的上半部分和下半部分。

研究结果表明，当石墨烯层内禀自旋轨道耦合强度给定时，石墨烯层处于量子自旋霍尔态而六方氮化硼层处于绝缘态，此时增大石墨烯层局域势强度，系统会从量子自旋霍尔相变到半导体相。而调节h-BN层局域势可以使GBNNR产生新的无间隙边缘态，从而使系统中石墨烯层的量子自旋霍尔态变成由层内和层间的边缘态共同构成的量子自旋霍尔态。