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耦合电磁场对石墨烯量子磁振荡的影响
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O572[理学—粒子物理与原子核物理;理学—物理]
  • 作者机构:太原理工大学物理与光电工程学院,太原030024
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11074196,11304241)、太原理工大学引进人才基金(批准号:tyutrc-201273a)和太原理工大学校基金(批准号:1205-04020102)资助的课题.
作者: 卢亚鑫, 马宁
中文摘要:

我们研究了包含自旋轨道耦合与杂质散射在内的石墨烯量子磁振荡对外加电磁场的响应.我们发现,石墨烯中自旋轨道耦合、电磁场以及边界共同修正了朗道能谱,且当电场与磁场比值超过某一临界值时,量子磁振荡会突然消失,这与非相对论二维电子气的情况显著不同.这种现象可以通过朗道量子化轨道由封闭转化为开放的半经典理论来解释.此外,我们还发现杂质散射和温度的共同作用会使得磁振荡振幅衰减.我们的结果可用于分析石墨烯及其类似结构(硅烯、锗烯、锡烯等)的费米能级与朗道能谱的相互作用,进而探测自旋轨道耦合引起的能隙.

英文摘要:

We have investigated the quantum magnetic oscillations of graphene subjected to the spin-orbit interaction (SOI) in the presence of crossed uniform electric and magnetic fields and scattered from impurities at finite temperatures. Landau levels are shown to be modified in an unexpected fashion by the spin-orbit interaction, the electrostatic potential and magnetic confinement; this is strikingly different from the non-relativistic 2D electron gas. Furthermore, we derive the analytical expressions of the thermodynamic quantities subject to the SOI, such as density of states, thermodynamic potential, magnetization, and magnetic susceptibility etc. At finite temperatures, the magnetization and magnetic susceptibility can both be predicted to oscillate periodically as a function of reciprocal field 1/B and shown to be modulated through the SOI and the dimensionless parameter (β = E/vFB). As β approaches unity, the values of magnetization and magnetic susceptibility finally move to infinity, indicating a transformation of closed orbits into open trajectories, thereby, leading to the vanishing of magnetic oscillations. And, the magnetic susceptibility depends largely on the external fields, suggesting that graphene should be a non-linear magnetic medium. Besides, the associative effect of impurity scattering and temperature may make the standard 2D electron gas be deemed as the consequence of the relativistic type spectrum of low energy electrons and holes in graphene. Also, we comment on a possibility of using magnetic oscillations for detecting a gap that may open in the spectrum of quasiparticle excitations due to the SOI.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876