異質(zhì)底層下石墨烯超晶格的輸運(yùn)特性第1章緒論1.1石墨烯的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展碳，在自然界以單質(zhì)和化合物兩種形式存在，它是一切生命體最基本的組成成分，它在很早之前就被使用.2004年，英國科學(xué)家AndreGeim和KonstantinNovoselov[1]發(fā)現(xiàn)了能用一種極其簡單且容易操作的方法得到Graphene，被分離后便很快引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注.Graphene中的碳原子以軌道雜化，是一種六角型蜂巢晶格的二維納米材料，且有以下特征[2]：碳原子共有4個(gè)價(jià)電子，其中3個(gè)價(jià)電子成化學(xué)鍵，每個(gè)碳原子貢獻(xiàn)出在軌道上未成化學(xué)鍵的一個(gè)電子，此電子軌道方向垂直雜化軌道平面，形成了鍵，新成的鍵是半填滿的狀態(tài).實(shí)驗(yàn)研究表明，Graphene中的碳原子配位數(shù)為3和兩個(gè)相鄰原子之間成鍵，鍵長為，兩個(gè)鍵之間的夾角是.鍵和其他的碳原子相連成六角環(huán)蜂窩層狀的結(jié)構(gòu)，其余的碳原子的垂直層平面的軌道可以成為穿過全層的多原子的大鍵，所以Graphene具有很好的導(dǎo)電性和光學(xué)性。關(guān)于對Graphene研究和應(yīng)用越來越多，關(guān)于Graphene的材料普遍應(yīng)用于電極材料、半導(dǎo)體器件、晶體管等.由于Graphene材料的良好性能和其應(yīng)用價(jià)值，所以科技人員們也在不斷嘗試在各種領(lǐng)域采用各種方法來制備高品質(zhì)、大面積的Graphene.隨著Graphene生產(chǎn)技術(shù)不斷優(yōu)化和進(jìn)步，Graphene制備成本越來越低，所以Graphene在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，并一步步趨向產(chǎn)業(yè)化.在我國關(guān)于Graphene研究有很大優(yōu)勢，首先在生產(chǎn)上，石墨是Graphene生產(chǎn)的原料，而石墨在我國儲量豐富.由于Graphene具有良好的性能，世界各國紛紛成立研發(fā)中心，逐漸使Graphene趨于商業(yè)化，并且Graphene在工業(yè)和電子一些領(lǐng)域獲得了應(yīng)用專利.如英國政府建立了國家Graphene研究所（NGI），嘗試讓Graphene應(yīng)用在諸多領(lǐng)域中，所以需要繼續(xù)尋求制備Graphene更優(yōu)異的技術(shù)，進(jìn)一步提高Graphene的質(zhì)量.從制備出來到現(xiàn)在短短十幾年，Graphene從實(shí)驗(yàn)室走入市場走進(jìn)人們的生活.Graphene已成為科學(xué)家們的探究熱點(diǎn)，良好的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)讓科學(xué)家不斷的研究.Graphene的制備技術(shù)也在不斷的被科學(xué)家開發(fā)，它必將在未來成為一種普通的材料走進(jìn)我們的生活中，并得到很廣泛的應(yīng)用.Graphene的制備技術(shù)發(fā)展飛快，2004年之后，科學(xué)家們相繼開發(fā)出了一系列制備Graphene的技術(shù).現(xiàn)在占主流的技術(shù)包括機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉淀法和氧化石墨還原法等.（1）機(jī)械剝離法第一次得到Graphene采用的是機(jī)械剝離法.機(jī)械剝離法是用膠帶把HOPG壓到其他表面進(jìn)行多次重復(fù)剝離，最后得到單層的Graphene.2004年Geim和Novoselov[1]就是通過這個(gè)方法首次獲得了單層的Graphene，并且也證明出常溫下二維晶體結(jié)構(gòu)在是存在的.機(jī)械剝離法易操作，并且制做出的樣本質(zhì)量很高，是目前制備單層Graphene的主流方法，但是其可控性比較差，制出的Graphene尺寸小，而且效率比較低，成本高，所以這種方法不太適合大規(guī)模生產(chǎn)Graphene.（2）化學(xué)氣相沉淀法化學(xué)氣相沉淀法能制備出高品質(zhì)并且大面積的Graphene，是最適合大批量生產(chǎn)Graphene薄膜的方法.化學(xué)氣相沉淀法制備過程是：把一些化合物甲烷、乙醇等放到高溫的金屬基底銅、鎳上，放置一段時(shí)間后將其冷卻，在此冷卻的過程中就會(huì)在基底表面上形成數(shù)層或是單層的Graphene.此過程中包括碳原子在基底上溶解和擴(kuò)散生長.這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在比較低的溫度下制備，可以大大降低制備的過程中能量消耗，并且Graphene和基底可以使用化學(xué)腐蝕法將其進(jìn)行分離，這樣就利于之后進(jìn)一步對Graphene的加工和處理.（3）氧化石墨還原法氧化石墨還原法是當(dāng)下生產(chǎn)Graphene的最佳之選.氧化石墨還原法是易操作且成本不高，所以氧化石墨還原法是大規(guī)模地生產(chǎn)Graphene最有效的方法.氧化石墨還原法具體制備過程是首先用濃、濃等將石墨變成氧化石墨，就是在石墨層間加入一些含氧的官能團(tuán)，為了加大石墨間層與層的距離之后通過超聲波處理，這樣就可制備出單層或數(shù)層的氧化石墨烯，然后再把氧化石墨烯加入到合肼、硼氫化鈉等還原劑中便可以將其還原成想要得到的Graphene.1.2石墨烯的性質(zhì)（1）力學(xué)性質(zhì)Graphene是自今發(fā)現(xiàn)的材料中強(qiáng)度最高的之一，Graphene的結(jié)構(gòu)之所以非常穩(wěn)定是因?yàn)樵又g連接非常柔韌，如果有外力作用在Graphene上，原子面就會(huì)自動(dòng)變的彎曲，這樣就不用改變原來原子的排列方式.基于這一特性，用Graphene制作出來的產(chǎn)品就會(huì)有很好的牢固性.（2）熱學(xué)性質(zhì)Graphene有良好的熱學(xué)性質(zhì).實(shí)驗(yàn)表明純的無能隙的單層Graphene的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)，高于單壁碳納米管（）和多壁碳納米管（），單獨(dú)把它作為載體的時(shí)候，導(dǎo)熱系數(shù)也可達(dá)[3].從此特性看來Graphene將成為未來優(yōu)選的導(dǎo)熱材料.（3）光學(xué)性質(zhì)Graphene也具有非常好的光學(xué)特性，經(jīng)科研者實(shí)驗(yàn)得出Graphene只能吸收2.3%的白光[4]，所以Graphene幾乎是透明的，這是由Graphene獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)[5]所決定的.在幾層的Graphene厚度范圍之內(nèi)，且每當(dāng)厚度增加一層，對光的吸收率就會(huì)增加2.3%.大面積的Graphene膜仍然具有很好的光學(xué)性質(zhì)，它的光學(xué)性質(zhì)會(huì)隨Graphene厚度的改變而改變.（4）電學(xué)性質(zhì)Graphene在室溫下的載流子遷移率大概是，在特定條件下如在低溫下，Graphene的載流子的遷移率可達(dá)到，和大部分材料不同，Graphene有可調(diào)的電子性能比如可調(diào)的能帶和較大的載體密度，它優(yōu)質(zhì)的電子和光學(xué)特性成為制造納米電子和納米光子器件具有前途的材料.使用電場作用去改變化學(xué)勢，Graphene中電子載體和空穴載流子會(huì)出現(xiàn)半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)，科學(xué)家在室溫條件下就可以觀察到Graphene的這種量子霍爾效應(yīng)[6].Graphene的電子和光子都不具有靜止質(zhì)量，電子和光子的速度是和它們的動(dòng)能沒有關(guān)系，所以速度是常數(shù).Graphene是零距離的半導(dǎo)體，因?yàn)樗膫鲗?dǎo)帶和價(jià)帶正好相遇在狄拉克點(diǎn)，所以Graphene中的電子遵循的是狄拉克方程，而不能用薛定諤方程去描述電子的狀態(tài).在Graphene中有一種特殊的理論，即Klein佯謬[7,8]，指電子經(jīng)過高勢壘時(shí)的一種相對論的隧穿現(xiàn)象.Klein佯謬預(yù)測電子可以經(jīng)過很高的勢壘，且可以完全透射而反射的很少.這與我們在量子力學(xué)中學(xué)到的隨著勢壘的增加，粒子的透射指數(shù)會(huì)很快減小的理論是恰好相反的.如圖1.2，Klein佯謬可以通過表現(xiàn)為有正電子-電子對的狄拉克空穴來說明，正電子會(huì)被比較高的勢壘吸引而電子就會(huì)被排斥，這樣就會(huì)使壘中形成與壘之外電子態(tài)相一致的正電子態(tài)，從而電子就可以通過很高的勢壘，這就是所說的Klein佯謬.

第2章異質(zhì)底層下石墨烯超晶格的模型與公式在之前的實(shí)驗(yàn)中，科研者已經(jīng)對單勢壘結(jié)構(gòu)的Graphene以及Graphene的電子輸運(yùn)特性進(jìn)行了深入的研究，也取得了很多優(yōu)秀的成果.在此研究基礎(chǔ)上，研究者們通過使用石墨、六邊形氮化硼和碳化硅破壞A和B格子的對稱型，從而形成異質(zhì)底層下的石墨烯超晶格，并且底層的比例的變化會(huì)改變Graphene中電子的能帶結(jié)構(gòu)和零能模式從而影響電子的輸運(yùn)情況.本論文的模型是將有能隙和無能隙的Graphene按照周期放置，如圖2.1所示，將無能隙的Graphene放置在二氧化硅基底上，有能隙的Graphene放在h-BN底上[9]，在無能隙的Graphene存在一個(gè)著名的線性帶結(jié)果且有一個(gè)狄拉克點(diǎn)，然而在有能隙的Gaphene上，在接近零點(diǎn)能處存在一個(gè)寬度為2δ的能隙.在圖2.1中，2δ是被石墨、碳化硼、碳化硅底層誘發(fā)的能帶間隙寬度，是二氧化硅（石墨、氮化硼、碳化硅）的寬度，同樣也是無能隙和有能隙Graphene的寬度，其中是晶格常數(shù)，是方向上的波矢，和分別是和方向上的組成部分，是在方向上的輸運(yùn)角度.假設(shè)在方向上所有晶格的長度是無限的，對于有能隙和無能隙的單層Graphene，電子輸運(yùn)的哈密頓的本征方程通?？梢詫憺椋浩渲惺琴M(fèi)米速度，是泡利矩陣，是和方向上兩個(gè)動(dòng)量算符，是方向上的一維周期靜電勢，是一個(gè)2×2的單位矩陣，是能隙寬度的一半.用哈密頓作用于兩個(gè)波函數(shù)，由于波函數(shù)在方向上具有平移不變性，的形式就可以寫成，并且此時(shí)可以將勢能看成常數(shù)，因此上式的解為：(2)在一個(gè)周期無限大的結(jié)構(gòu)下，分別表示在無能隙和有能隙的Graphene所加的周期靜電勢.此時(shí)的波函數(shù)是布洛赫波函數(shù)，電子色散關(guān)系可以寫為：其中是在整個(gè)系統(tǒng)下布洛赫波矢在方向上的分量.如果有實(shí)數(shù)解表示在能帶結(jié)構(gòu)中有電子態(tài)，否則是能隙.在通常情況下，將方程(6)代入方程(11)得出： (12)此式可以用來分析電子能帶結(jié)構(gòu)和零能模式.第3章異質(zhì)底層下石墨烯超晶格的電子能帶結(jié)構(gòu)的變化而變化.如果l是正整數(shù)，如圖4.3(c)，4.3(e)和4.3(g)，一個(gè)或多或少的曲線增長率可以在態(tài)密度與能量的關(guān)系中被計(jì)算出來.對于其他情況圖4.3(d)，4.3(f)和4.3(h)態(tài)密度接近直線增長，態(tài)密度和能量之間密切的關(guān)系形成.因?yàn)樵诹泓c(diǎn)能周圍額外的狄拉克錐形，雖然這些額外的直線型錐形可能是各向異性，但在每個(gè)狄拉克點(diǎn)群速度在一些方向會(huì)變?yōu)?，因此這里無范霍夫奇點(diǎn).圖4.4中介紹了在，滿足方程（15），而從0增加到.這些情況從被顯示在圖4.3，可以看出他們有相似的性質(zhì)。Bird在1988年基于心理學(xué)行為領(lǐng)域的“意向”，首次提出“創(chuàng)業(yè)意向”的概念?！耙庀颉笔穷A(yù)示未來要采取某種行為的早期心理體現(xiàn)。基于此，Bird將創(chuàng)業(yè)意向定義為“創(chuàng)業(yè)者將注意力、精力和行為引向某個(gè)特定目標(biāo)的一種心理狀態(tài)?！背酥猓容^有名的觀點(diǎn)還有Krueger的定義，他認(rèn)為創(chuàng)業(yè)意向是潛在創(chuàng)業(yè)者(potentialentrepreneurs)對是否從事創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的一種主觀態(tài)度，是人們具有類似創(chuàng)業(yè)者特質(zhì)的程度。它是預(yù)測創(chuàng)業(yè)行為的最佳指標(biāo)。與Bird的概念不同，Krueger提出了潛在創(chuàng)業(yè)者的概念，將創(chuàng)業(yè)意向的主體由創(chuàng)業(yè)者擴(kuò)展到了潛在的創(chuàng)業(yè)的個(gè)體，并且將這種心理狀態(tài)具體化為對建立新企業(yè)的承諾度。Thompson（2009）也提出了相似的概念，并且基于前人基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善，他認(rèn)為創(chuàng)業(yè)意向是“個(gè)體打算創(chuàng)辦新企業(yè)的一種信念，并且在將來的某個(gè)時(shí)間會(huì)自覺地將此信念付諸行動(dòng)”。并且他提出個(gè)體創(chuàng)業(yè)意向的實(shí)現(xiàn)需要同時(shí)滿足本人對這種可能性的認(rèn)可和創(chuàng)建新企業(yè)的可能性的條件，也就是說創(chuàng)業(yè)意向是潛在創(chuàng)業(yè)者成為真正創(chuàng)業(yè)者的必要非充分條件，其實(shí)現(xiàn)會(huì)受到許多因素的制約。此外，還有學(xué)者從創(chuàng)業(yè)可能性的角度描述創(chuàng)業(yè)意向，如PhillipH.Phan（2002）、ChristianLuthje（2003）等人將創(chuàng)業(yè)意向定義為學(xué)生選擇自主創(chuàng)業(yè)的可能性。創(chuàng)業(yè)政策構(gòu)型的研宄。20世紀(jì)末至21世紀(jì)初，隨著管理學(xué)的不斷完善和發(fā)展，有關(guān)創(chuàng)業(yè)的理論也得到不斷的完善，一批新的創(chuàng)業(yè)理論和理論模型被提出。其中，有以下幾種代表模型：蒂蒙斯（Timmons）創(chuàng)業(yè)過程模型：Timmons在其著作《NewVentureCreation》中提到，創(chuàng)業(yè)的過程離不開資源支持、集體合作和商業(yè)機(jī)遇的相互作用，它們都是促使創(chuàng)業(yè)活動(dòng)順利開展的重要組成部分，三者相輔相成。Timmons認(rèn)為創(chuàng)業(yè)要想取得成功，必須要堅(jiān)持這三要素之間的動(dòng)態(tài)平衡，而離開任一條件，創(chuàng)業(yè)都難以取得成功。威克姆（Wickham）創(chuàng)業(yè)模型：Ｗｉｃｋｈａｍ強(qiáng)調(diào)創(chuàng)業(yè)者作為創(chuàng)業(yè)活動(dòng)得以開展的掌控者，在創(chuàng)業(yè)過程中起著關(guān)鍵性作用。而構(gòu)成創(chuàng)業(yè)模型的另外三個(gè)基本因素：資源、機(jī)會(huì)和組織，都是圍繞創(chuàng)業(yè)者這個(gè)關(guān)鍵因素而展開的。與此同時(shí)，創(chuàng)業(yè)者又反過來平衡這三者的關(guān)系，從而保障了創(chuàng)業(yè)過程的順利進(jìn)行。薩爾曼（Sahlman）創(chuàng)業(yè)模型：不同于Wichkam強(qiáng)調(diào)人的關(guān)鍵性作用，Sahlman則表示環(huán)境的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人和資源，除此以外還有機(jī)會(huì)要素和交易行為要素。雖然它們在創(chuàng)業(yè)過程中共同起作用，但Sahlman認(rèn)為是環(huán)境創(chuàng)造了其余的各要素。由上述模型可以看出，隨著國外對創(chuàng)業(yè)政策研宄的不斷深入，創(chuàng)業(yè)政策已經(jīng)越來越系統(tǒng)化、制度化，而創(chuàng)業(yè)要取得成功更少不了外部資源、環(huán)境甚至機(jī)會(huì)的作用。因此，創(chuàng)業(yè)政策的制定須充分利用地區(qū)條件優(yōu)勢，為目標(biāo)群體創(chuàng)造機(jī)會(huì)，并進(jìn)一步完善創(chuàng)業(yè)文化環(huán)境，以確保創(chuàng)業(yè)活動(dòng)得以順利的實(shí)施。這對我國創(chuàng)業(yè)政策的研宄具有十分重要的借鑒意義。第5章總結(jié)在本論文中采用了周期靜電勢下一維的異質(zhì)底層下石墨烯超晶格的模型，首先給出所用的基本模型圖，寫出結(jié)構(gòu)中電子輸運(yùn)的哈密頓，將哈密頓作用于波函數(shù)得到本征方程，根據(jù)哈密頓的平移不變性和波函數(shù)的連續(xù)不變性得到傳遞矩陣，然后通過運(yùn)用傳遞矩陣得到了電子的色散關(guān)系，依據(jù)色散關(guān)系分析電子的能帶結(jié)構(gòu)和零能模式，根據(jù)傳遞矩陣得到隧穿系數(shù)、電導(dǎo)和Fano因子，由此分析異質(zhì)底層下石墨烯超晶格電子的輸運(yùn)情況.在異質(zhì)底層下石墨烯超晶格的電子能帶結(jié)構(gòu)中，電子能帶結(jié)構(gòu)和能隙寬度均與異質(zhì)底層的比例有關(guān).不同的異質(zhì)底層的比例會(huì)出現(xiàn)不同的電子能帶結(jié)構(gòu)，當(dāng)固定晶格常數(shù)能帶間隙的寬度會(huì)隨增加而減小.確定的晶格常數(shù)下異質(zhì)底層比例和能隙寬度之間的關(guān)系近似用直線方程來表示.當(dāng)固定時(shí)即固定能帶結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)的變化對能隙的影響不大.此外在費(fèi)米面周圍的能帶間隙幾乎是開放的這是相比于導(dǎo)帶和價(jià)帶中的對稱禁帶，此外還有能隙的中心位置和λ和也有很緊密的聯(lián)系.通過態(tài)密度討論了相同底層比例下能隙和電子能量與態(tài)密度之間的關(guān)系，能隙中是無態(tài)密度也就是沒有電子態(tài)，態(tài)密度在能隙中會(huì)驟減，電導(dǎo)和Fano因子也會(huì)因異質(zhì)底層的比例的變化而變化，此過程中還會(huì)伴隨著小的振動(dòng).零能模式是在Graphene帶結(jié)構(gòu)中的臨界狀態(tài)，與新狄拉克點(diǎn)有關(guān)，并導(dǎo)致了一些有趣和重要的物理性質(zhì).基于零能模式分析了能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、電導(dǎo)和Fano因子與靜電勢之間的關(guān)系.通過一個(gè)簡單的模型的等寬的簡單且特殊的一個(gè)模型去分析狄拉克點(diǎn)和l的發(fā)展關(guān)系，即改變靜電勢產(chǎn)生新的狄拉克，并且隨著l的變化狄拉克點(diǎn)也在移動(dòng)，當(dāng)l為正整數(shù)時(shí)狄拉克點(diǎn)的數(shù)目會(huì)變化且與l的值成正比.當(dāng)l<0時(shí)無零能模式，時(shí)零能模式出現(xiàn)，分析此時(shí)態(tài)密度和靜電勢之間的聯(lián)系，在零點(diǎn)能附近態(tài)密度會(huì)隨著l的變化而變化.此外在靜電勢下，空間有限的共振模型產(chǎn)生，并且當(dāng)l是正整數(shù)時(shí)電導(dǎo)會(huì)出現(xiàn)很多的峰，F(xiàn)ano因子會(huì)出現(xiàn)很多谷，小的Fano因子值就表明在出現(xiàn)零點(diǎn)能共振，這個(gè)共振可能是由在時(shí)狄拉克點(diǎn)出現(xiàn)而引起的，并且群速度是沿著方向.參考文獻(xiàn)[1]A.K.Geim，K.SNovoselov.Theriseofgraphene[J].NatureMaterials，2007，6(3):183-191.[2]陳艷華.聚合物/石墨烯納米復(fù)合材料制備與性能研究[D].蘇州大學(xué)，2013.[3]曹宇臣，郭鳴明.石墨烯材料及其應(yīng)用[J].石油化工，2016，45(10):1149-1159.[4]NairRR，BlakeP，GrigorenkoAN，etal.FineStructureConstantDefinesVisualTranparencyofGraphene[J].Science，2008，320(5881):1308-1308.[5]StollerMD，ParkS，ZhuY，etal.Graphene-basedultracapacitors[J].NanoLetters，2008，8(10):3498-3502.[6]匡達(dá)，胡文彬.石墨烯復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].無機(jī)材料學(xué)報(bào)，2013，28(3):235-246.[7]KrekoraP，SuQ，GrobeR.Kleinparadoxinspatialandtemporalresolution[J].PhysicalReviewLetters，2004，92(4):040406[4pages].[8]CalogeracosA，DombeyN.HistoryandphysicsoftheKleinparadox[J].ContemporaryPhysics，1999，40(5):313-321.[9]DedkovYS，F(xiàn)oninM.Electronicandmagneticpropertiesofthegraphene-ferromagnetinterface[J].NewJournalofPhysics，2010，12(12):135-141.[10]SonYW，CohenML，LouieSG.Half-metallicgraphenenanoribbons[J].Natur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