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单层石墨烯自实验上成功制备出以来,已经吸引了越来越多的研究兴趣。本论文主要研究了基于石墨烯的p-n和铁磁/正常/铁磁结中的电子输运现象。
首先,我们证实了在石墨烯p-n结中,实验上所观察到的电导平台是由无序和退相干联合作用的结果。在强磁场下,对于六端石墨烯n-n或p-p结,在没有无序时,纵向电阻就有平台结构,并需要很强的无序才能破坏这平台结构。而对于p-n或n-p结,纵向电阻在没有无序时没有平台出现,并且阻值非常大;但很小的无序便可使电阻显著下降,并在合适的无序强度范围内呈现平台结构。这时,体系的电阻平台值与实验结果符合得很好。此外,对于中间区足够长的p-n结,我们理论预言了一些额外的平台。我们又在无序的基础上,考虑了退相干对电导的影响,发现退相干可以显著地降低电导涨落,从而可以在单个无序的样品上实现电导平台。同时,在强退相干的条件下,电导分布函数具有很好的标度性。
其次,我们在六端石墨烯p-n结上提出了一种测量蛇形态的新方法,从中能够得到更多关于蛇形态的信息。先在突变势垒下,当磁场在合适范围内变化时,电流由于蛇形态的存在而表现出振荡。同时,电流对器件的宽度和入射端的位置表现出很好的周期结构,这些周期随着磁场的增大而减小。并且它们的量级和这种随磁场变化的趋势与半径典理论相符合。此外,在缓变势上,电流振荡的周期以及蛇形态仍能存在,意味在我们所建议的器件中,电流振荡和蛇形态在实验上是可以被观察到的。
最后,我们研究了铁磁/正常/铁磁石墨烯结中的电子输运,发现zigzag型的石墨烯结,在两侧磁化方向平行时电导较大,而反平行时出现零电导,这意味着出现100%的磁阻。而对armchair型的石墨烯结,发现它的磁阻总是很小。因此,选择zigzag边界的石墨烯条带更适合用来做基于石墨烯的自旋阀器件。