Hubbard模型计算石墨烯量子点的能级结构、磁性质和光吸收等性质

摘要

本文采用紧束缚的Hubbard模型来描述石墨烯量子点（GQD）中的π电子，并且用这种方法研究了zigzag型边界的石墨烯量子点的电荷分布、磁性以及光吸收性质。考虑长程库伦相互作用后，在Hartree-Fock近似方法下，我们的数值计算结果得出了GQD的基态为铁磁性，并且磁矩局域化在GQD的边缘部分。另外计算还得到一个能量与铁磁性基态十分接近的反铁磁态，反铁磁态的磁矩同样局域化在GQD的边缘，相邻的两条边界的边界类型不同、自旋磁矩反平行排列，总体净磁矩为零。我们发现考虑长程库伦作用后，会得到一些以往对石墨烯量子点数值模拟研究没有发现的新现象，无论是上述所讲的铁磁态还是反铁磁态，他们的电荷分布都呈现出一种条纹相结构。GQD的光吸收性质和电子态密度（DOS）的分布对称性都与边界态存在密切关联。

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第一章 绪论

1.1 引论

1.1.1 石墨烯的结构

1.2 石墨烯的制备

1.2.1 微机械剥离法

1.2.2 溶剂剥离法

1.2.3 化学氧化剥离法

1.2.4 化学气相沉积法

1.2.5 外延生长法

1.2.6 电弧方法

1.2.7 其他方法

1.3 石墨烯研究中常用的实验测试设备

1.3.1 透射电子显微镜（TEM）

1.3.2 扫描隧道显微镜（STM）和扫描隧道谱（STS）

1.3.3 原子力显微镜（AFM）

1.3.4 拉曼光谱

第二章 二维平面石墨烯的能带结构

第三章 石墨烯纳米结构

3.1 引言

3.2 石墨烯纳米带（GNR）

3.2.1 石墨烯纳米带（GNR）的结构和边界类型

3.2.2 石墨烯纳米带（GNR）的能带结构和磁性

3.3 石墨烯量子点

第四章 紧束缚Hubbard模型描述zigzag型GQD

4.1 理论模型

4.2 GQD的磁性

4.2.1 前人GQD磁性理论结果

4.2.2 我们的计算结果

4.3 GQD的能级结构、边界态和电荷分布

4.3.1 前人对GQD能级结构和边界态的的理论研究结果

4.3.2 我们所计算得到的GQD能及结构和边界态

4.3.3 条纹相

4.4 光吸收性质

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学士论文

答辩决议书