电子的谷自由度讲解学习.ppt
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1、案例电子的第三自由度电子的谷自由度赝自旋报告人:纪昊亮电荷自由度传统半导体微电子学自旋自由度谷自由度自旋电子学前言人们通过调控电子的自由度实现信息的存储和传输新兴的谷电子学2谷自由度谷:固体材料中能带结构的极值点,着重分析导带的极小值点利用谷自由度就是打开谷的简并与电子的自旋自由度类似,谷自由度可称为赝自旋。单层石墨烯由二维六方格子构成,布里渊区费米面上有两个不等价的Dirac点,K1和K2。电子占据K1和K2谷的几率相等,如何将不同谷自由度的电子分开从而得到谷极化电流是石墨烯谷电子学的首要问题3在传统硅晶体管中,谷是个麻烦的东西,因为它降低了电子在没有散射情况(能量耗散)下的运行速度,类似的
2、,在有关基于量子信息的器件方面的研究中,谷被认为是退相干的来源(导致了信息量子部分丢失),同时还能阻碍量子比特(量子力学中类似比特的单位)对存储信息的维护。借鉴自旋电子学中对电子自旋自由度的研究思路,可以利用谷自由度作为信息载体,调控谷自由度设计并实现相关功能器件即谷电子学与传统电子元件相比,利用电子的谷自由度进行信息处理,具有信息不易丢失,处理速度快、能耗小、集成度高、传输距离远优点。谷自由度4谷电子材料分类1.硅、金刚石和半金属元素铋体相的布里渊区价带低是由电子占据的椭球形的简并的谷组成,平移对称性破坏或者外加磁场都可以打破谷的简并,由于面内和面外的电子有效质量各向异性,从而产生不用速度的
3、谷电流。2.石墨烯,硅烯为代表的二维单原子层与金刚石、硅等材料利用谷点不同方向的有效质量产生极化电流的方式不同,维度的降低是二维层状材料出现新的物理现象,产生谷电流的方式也更加丰富3.过渡金属硫化物单层其单层结构是直接带隙半导体,直接带间跃迁使得每个谷点上获得额外的轨道磁距,动量守恒使得价带和导带之间的跃迁符合选择定则。在旋光的激发下,可以获得非平衡状态下极化的谷电流通过对布里渊区能够附近布洛赫电子磁距的计算得知,每个谷携带着大小相等,方向相反的轨道磁距,其大小是自由电子磁距的30倍,与电子自旋受外磁场调控类似,谷的轨道磁距也可以利用外磁场来操纵。谷自由度可有轨道磁化强度的信号来探测,这样谷自
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