低维材料的电子输运性质.pdf

低维材料的电子输运性质

I目录

■CONTENTS

第一部分低维材料的能带结构和电子输运机制2

第二部分量子限域效应对电子态密度的影4

第三部分拓扑绝缘体和马约拉纳费米子7

第四部分层状材料中的电荷密度波和超导性9

第五部分低维半导体的热电性质12

第六部分纳米线和纳米带中的自旋电子学15

第七部分二维材料的非线性光学性质18

第八部分低维材料在电子器件中的应用20

第一部分低维材料的能带结构和电子输运机制

关键词关键要点

低维材料的能带结构

1.低维材料通常具有量子限域效应，导致其能带结构与传

统三维材料不同。

2.一维材料通常具有线性的能带结构，表现出准一维特性

和强电子相关性C

3.二维材料通常具有抛物线形能带结构，表现出半金属和

绝缘体特性。

电子输运机制

1.低维材料中的电子输运主要受量子隧穿效应、库伦相互

作用和杂质散射等因素的影。

2.一维材料的输运通常呈现巴利斯蒂克输运，电子可以在

较长的距离上不受散射地传输。

3.二维材料的电子输运受到库伦相互作用的影，表现出

非费米液体和强关联行为。

低维材料的能带结构和电子输运机制

一、低维材料的能带结构

与传统的体材料相比，低维材料由于其特殊的几何限制，导致其电子

能带结构呈现显著的不同。

*一维材料（纳米线、碳纳米管）：

*能带结构呈离散化，形成量子阱。

*电子只能沿纳米结构的轴向运动，展现出显著的量子化行为。

*二维材料（石墨烯、过渡金属硫化物）：

*能带结构具有线状或狄拉克锥状形态。

*电子在二维平面内移动，表现出极低的有效质量和高迁移率。

*三维材料（拓扑绝缘体、Weyl半金属）：

*能带结构具有拓扑非平庸性，表征为边缘态或费米面上的单极

子。

*电子的输运受拓扑效应调控，呈现出独特的电导和磁导行为。

二、电子输运机制

1.巴里尔隧穿

*当两个导体之间存在隔离层时，电子可以通过隧穿效应穿过隔离层。

*在低维材料中，由于隔离层仅为几个纳米，隧穿几率显著增加。

2.势垒克服

*当电子遇到势垒时，可以通过克服势垒来输运。

*在低维材料中，势垒高度往往较高，需要施加较强的电场才能克服。

3.弹性散射

*电子在运动过程中与材料中的杂质、缺陷或声子发生弹性碰撞，改

变其运动方向和能量。

*在低维材料中，杂质和缺陷往往较多，弹性散射会严重影电子输

运。

4.非弹性散射

*电子在运动过程中与材料中的杂质、缺陷或光子发生非弹性碰撞，

能量发生改变。

*在低维材料中，非弹性散射会产生热效应，降低电子迁移率。

5.量子霍尔效应

*在强磁场下，二维电子气中的电子运动会产生霍尔效应，呈现出量

化的电导台阶。

*在低维材料中，量子霍尔效应更加显著，可用于精密测量电导率和

电子有效质量调控

1.量子限域效应也可以影电子在材料中的有效质量。在

低维材料中，电子的运动方向受到限制，导