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有限宽介观环和碳纳米管环中的持续电流

作　者: 陈宏波
导　师: 丁建文
学　校: 湘潭大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 持续电流介观环碳纳米管环无序
分类号: O488
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

过去二十年来,介观物理研究的兴起导致在固体物理中发现了许多引人注目的新现象。其中一个非常奇特的介观现象是正常介观环中的持续电流。这种由磁通诱导的持续电流引起了人们广泛的兴趣,它是存在于非超导介观环中的一种热力学平衡的、非耗散的宏观电流。在本文中,我们研究了有限宽介观环和碳纳米管环中的电子能谱和持续电流。论文包括如下几部分:第一章,介绍了介观物理中的一些特征尺度和基本概念,简要总结了持续电流的理论研究和实验观测。第二章,研究了有限宽介观环中持续电流的边缘无序效应。计算表明,在弱的无序区,持续电流随着边缘无序强度的增加而减小,而在强无序区,持续电流随着无序度的增加而增加。此外,我们也发现持续电流随边缘无序强度的变化与介观环的宽度和周长密切相关。第三章,发展了计算碳纳米管环电子能谱的超级胞方法。利用该方法无需计算大的哈密顿矩阵即可方便地获得大体系的电子结构。由此,我们研究了卷曲和无序对单壁碳纳米管环磁响应的影响。研究发现卷曲效应能导致能隙的出现,从而导致不同的磁响应性质。扶手型碳纳米管环呈现抗磁性,而锯齿型管环表现弱的顺磁性。卷曲和温度效应都会减小磁矩振幅的大小。同时也发现,无序将导致磁矩减小,并且随着无序强度的增加体系可能出现从抗磁性向顺磁性的转变。第四章,主要研究了双壁碳纳米管环中的持续电流。计算表明,壁间相互作用对扶手型和锯齿型碳纳米管环的电子能谱有重要的影响。壁间相互作用引起能级简并分裂,电子能级交叉和反交叉现象,甚至导致费米能级附近出现能隙。因此,持续电流将因壁间相互作用的存在而减小,并且持续电流与磁通的变化曲线也发生很大的变化。当存在外壁无序时,持续电流的值在弱无序区随无序强度的增加而减小,而在强无序区随无序强度增加而增加。研究结果表明多壁碳纳米管环可能有希望成为实现新型表面掺杂分子器件的材料。最后,我们对本工作进行了总结,并对将要开展的工作进行了讨论。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章前言  8-18
  1.1 概述  8-9
  1.2 介观体系的基本概念及特性  9-11
    1.2.1 平均自由程  9
    1.2.2 相位相干时间  9-10
    1.2.3 扩散长度和Thouless 能  10
    1.2.4 弹道、扩散和局域  10-11
    1.2.5 维度  11
  1.3 持续电流的理论研究  11-15
  1.4 持续电流的实验观测  15-18
第2章有限宽边缘无序介观环中的持续电流  18-25
  2.1 引言  18-19
  2.2 理论模型和方法  19-20
  2.3 数值计算及讨论  20-24
  2.4 小结  24-25
第3章单壁碳纳米管环中的持续电流及磁响应  25-37
  3.1 引言  25-28
  3.2 理论模型和方法  28-29
  3.3 数值计算及讨论  29-36
    3.3.1 单壁碳纳米管环中的持续电流  29-32
    3.3.2 卷曲和无序对单壁碳纳米管环磁响应的影响  32-36
  3.4 小结  36-37
第4章双壁碳纳米管环中的持续电流  37-44
  4.1 引言  37-38
  4.2 理论模型和方法  38-39
  4.3 数值计算及讨论  39-43
    4.3.1 壁间耦合作用对持续电流的影响  39-42
    4.3.2 外壁无序对持续电流的影响  42-43
  4.4 小结  43-44
总结与展望  44-46
参考文献  46-52
致谢  52-53
个人简历、在学期间发表的学术论文  53

有限宽介观环和碳纳米管环中的持续电流

内容摘要

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