伪磁场对应变石墨烯表面电激发状态影响的理论研究

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自2004年,Novoselov成功的制备出石墨烯,由于其独特的结构和物理性质已经引起了全世界的研究高潮。石墨烯具有完美的晶格结构,体积小和量子尺寸效应等特性,决定了它有很多奇特的性质,如极快的载流子迁移率,高强度,良好的热学性质等。目前已经被看作硅的替代品,用来制造超级计算机,太空电缆,是最具有潜力的新型材料。石墨烯在工业,电子行业都有很广阔的应用前景,因此对石墨烯的研究在将来的生活,科技有很重要的意义。本文主要采用线性化的量子流体动力学(Quantum Hydrodynamics QHD)理论,研究了带电粒子与应变石墨烯平面之间的相互作用。在第二章中,采用线性化的量子流体动力学模型对存在绝缘介质时入射粒子与双层石墨烯之间的相互作用进行了研究。结果表明,介电常数对电子气密度、感应电势的空间分布情况及入射粒子所受的阻止力和侧向力都有一定的影响。随着介电常数的增大,扰动电子气密度和感应电势振荡的波长都增长,而振荡的幅值却减小。入射粒子所受的阻止力与真空情况相似,也出现明显的双峰结构,随着介电常数的增大,阻止力在数值上减小且两个峰值均向低速区移动。对侧向力而言,也出现了双峰结构,与所受的阻止力不同,随着介电常数的增大,在低速区内侧向力在数值上减小且峰值向低速方向移动,而在高速区,在数值上却增大。在第三章中,主要研究了伪磁场对带电粒子在双层应变石墨烯上方和之间运动时静电激发现象的影响。结果表明,伪磁场对两个应变石墨烯平面内的电子气密度和感应电势,入射粒子所受的阻止力和侧向力均有一定的影响。当入射粒子以低速(v=vF)在双层石墨烯片上方运动时,距离入射粒子较远的石墨烯片内的电子气密度分布出现相对于粒子位置对称的双峰结构,随着伪磁场强度的增加,双缝结构逐渐消失。当粒子以较高速度运动时,扰动电子气密度和感应电势均出现非对称的尾流,随着入射粒子速度的增大,振荡的波长变得越长,在给定入射粒子速度的情况下,随着伪磁场强度的增加,波长逐渐变短。此外,阻止力随速度变化曲线出现了明显的双峰结构,在低速区,峰值较大且峰较窄,而在高速区却相反。侧向力的双峰结构没有阻止力明显。当入射粒子以低速在两个应变石墨烯片之间运动时,两个平面内的电子气密度均没有出现双峰结构。对于入射粒子所受的阻止力和侧向力,也没有出现双峰结构,随着入射粒子与某个石墨烯面间的距离越来越近,所受的阻止力和侧向力也越来越大。在第四章中,主要研究了入射粒子与中间充满绝缘介质的双层应变石墨烯平面之间相互作用时的静电激发现象。计算结果表明,低速时,距离入射粒子较远的平面内电子气密度出现明显的双峰结构,随着介电常数的增加,双峰结构变得更加明显,且等离子激发的速度阈值减小。此外,介电常数的变化对两个平面内主峰区域扰动电子密度的影响是不同的。对于阻止力随速度变化曲线,低速时近退化的小峰峰值远远小于稍高速度时宽峰的峰值,若给定磁场,随着介电常数的增大,双峰均向低速区移动,且速度的阈值变小。对侧向力,随着介电常数的增加,峰值也向低速区移动,在低速区域,介电常数对入射粒子所受的侧向力几乎没有影响,而在高速区域,影响却很大。在第五章中,对整体研究内容进行了概括和总结。
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