● 摘要
最近，从理论上已经得到论证，采用石墨烯磁电超晶格的方法可以成功地打开石墨烯Dirac点处的带隙，这为石墨烯基逻辑门电路的研制提供了强有力的理论支持。本文从理论上研究了带隙被打开前后电子穿过磁电组合势垒的透过率，电导以及自旋极化率随势垒的各个参数的变化规律。另外，本文还从理论上研究了三种不同组合方式的半无限石墨烯基磁电超晶格界面处所形成的塔姆态，以及通过在其界面处的真空区域施加均匀磁势垒或电势垒对塔姆态进行调控，研究其变化规律。
本文的工作主要分为两大部分，每一部分在论文中又各自分作两章进行详细论述，现将研究结果归纳总结如下：
第一部分从理论上研究了磁电组合势垒的四个势垒参数对透过率T、自旋极化率PT、电导G、电导自旋极化率PG等四个物理量的影响，以及对这四个物理量所构成的峰值及峰位的影响。这四个势垒结构参数分别为电势垒强度（U）、电势垒宽度（b）、磁势垒强度（b）、磁势垒宽度（w）。结果发现，这四个势垒结构参数对透射谱与电导谱所产生的影响各不相同：1、增加U可以使透射谱与电导谱向低能级移动，并使峰宽变窄，自旋极化增强，电导峰值增加，当U增加或减小2np时透射谱将周期性地重复出现；2、增加b可以在原有透射谱与电导谱包络线不变的情况下增加透射共振峰的个数，并使峰宽变窄，自旋极化增强，电导峰值增加，当其他势垒参数均固定不变时，b每增加1个磁长度lB，共振峰个数就会以一定的规律增加，当其他势垒参数有所改变时，透射谱与电导谱包络线会发生改变，共振峰个数增加的规律也将会不同；3、增加b可使透射峰与电导峰向高能级移动，并使峰宽变窄，自旋极化增强，电导峰值减小；4、增加w可在透射峰或电导峰对应的能量位置基本不变的情况下使峰宽变窄，自旋极化增强，电导峰值减小。
结果显示，无论增加这四个势垒参数中的任何一个，都可以使极化率达到最大，即PT±=±1，PG±=±1。由此，自旋滤波得以实现，另外，自旋开关效应与低能自旋向上注入也可以在适当的势垒参数下得以实现。
第二部分从理论上研究了以此反平行磁电交叉组合势垒为基元的石墨烯基半无限超晶格界面上所形成的附加电子态——塔姆态，以及通过在界面的左半空间（真空区域）施加一个均匀电（或磁）势垒对此塔姆态进行调控。结果发现，当不同磁电组合方式的基元构成超晶格时，所形成的塔姆态的对称性也不同。结果显示：1、当两个反平行电势垒与两个空格相互交叉构成基元时，能隙未打开，此晶胞决定了塔姆态呈现出关于动量波矢k′y=0对称的性质；2、当两个反平行磁势垒与两个空格相互交叉构成基元时，能隙未打开，此晶胞决定了塔姆态呈现出关于电子入射能量E=0对称的性质；3、当两个反平行电势垒与两个反平行磁势垒相互交叉构成基元时，能隙打开，此晶胞决定了塔姆态不呈现出任何对称性；4、当在半无限超晶格界面上施加均匀电（磁）势垒对塔姆态进行调节时，如果超晶格同为电（磁）势垒，则对应同一均匀电（磁）势垒强度Vs（ps）时的塔姆态仍呈现关于动量波矢k′y=0对称（呈现关于电子入射能量E=0对称）；如果超晶格为磁（电）势垒，则绝对值相等的±Vs（±ps）对应的塔姆态呈现关于动量波矢k′y=0对称（呈现关于电子入射能量E=0对称）的性质；5、所施加的均匀电势垒对塔姆态的影响为，当其强度Vs为正（负）值时，会使允许塔姆态出现的区域在能带结构中向正（负）能量方向平移，移动的距离为|Vs|E0；6、所施加的均匀磁势垒对塔姆态的影响为，当其强度ps为正（负）值时，会使允许塔姆态出现的区域在能带结构中向正（负）动量波矢k′y方向平移，移动的距离为|ps|k′y。
通过对以上内容的系统研究，为今后石墨烯基自旋滤波器，开关，自旋向上注入等纳米器件的研制以及石墨烯基超晶格界面态——塔姆态对称性的研究提供了理论基础。