一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法

文档序号:39243850发布日期:2024-09-03 17:25阅读:59来源:国知局

本发明属于电子学,具体涉及一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法。


背景技术:

1、超导是指某些材料在极低温度下(通常低于临界温度)的特殊状态,表现出零电阻和完全排斥磁场的特性。石墨烯的超导性首次在化学掺杂体系中得到证实。与氧化铜、铁基和mgb2超导体等其他超导材料(通常含有大量掺杂)相比,石墨烯的优势在于它是一种具有简单晶格结构的单原子物质,其在最大程度保留物体完整性的基础上,可以通过由机械应变引起的晶格变形来实现超导现象。应变被认为能够调节出电子平带,从而有利于超导性或其他相关物理现象的出现。人们观察到在小角度的扭曲双层石墨烯中的独立层行为和费米速度的降低,从而可能引起电阻的降低。当扭转角接近1.1°(魔角)时,转角双层石墨烯中会产生超导和莫特绝缘行为。到目前为止,学者们已经开展了很多对扭转石墨烯体系调控的研究。然而,在实际样品制备过程中,精确的扭转角度是难以控制的。

2、与扭转相比,拉伸和压缩等力学手段更容易控制,并具有应用于大规模设备的巨大潜力。学者已经证明调制弛豫应变可以在单层石墨烯中产生近似的平带状态从而存在潜在的超导性,类似于在扭曲双层石墨烯结构中产生的电子结构。但是对于双层石墨烯来说,应变调控电子能带结构的研究仍然是在扭转条件下开展的,而扭转角度难以被精确控制,因此实现双层石墨烯超导性的难度较大。所以实现双层石墨烯中电子结构的调制,仍然是实现石墨烯超导行为需要解决的难点问题之一。


技术实现思路

1、本发明的目的是为解决由于扭转角度难以被精确控制,导致现有方法实现双层石墨烯超导性的难度大的问题,而提出的一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法。

2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是:

3、基于本发明的一个方面,一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,所述方法具体包括以下步骤:

4、步骤一、构建由单层狄拉克-哈密顿量h1、h2以及层间隧穿项h⊥组成的连续体哈密顿量模型hsblg;

5、所述哈密顿量模型具体为:

6、hsblg=h1(-εh/2)+h2(εh/2)+h⊥

7、式中,hi(·)为第i层石墨烯拉伸后k点附近的哈密顿展开量,εh代表拉伸量;

8、步骤二、对哈密顿量模型hsblg对角化以计算出能带结构,再计算使能带结构为平带且态密度在费米能级出现峰值的拉伸量εh,根据计算出的拉伸量对双层石墨烯的拉伸层进行拉伸,实现双层石墨烯的超导。

9、基于本发明的另一个方面,一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,所述方法具体包括以下步骤:

10、步骤一、构建由单层狄拉克-哈密顿量h1、h2以及层间隧穿项h⊥组成的连续体哈密顿量模型hsblg;

11、所述哈密顿量模型具体为:

12、hsblg=h1(-εh/2)+h2(εh/2)+h⊥

13、式中,hi(·)为第i层石墨烯压缩后k点附近的哈密顿展开量,εh代表压缩量;

14、步骤二、对哈密顿量模型hsblg对角化以计算出能带结构,再计算使能带结构为平带且态密度在费米能级出现峰值的压缩量εh,根据计算出的压缩量对双层石墨烯的压缩层进行压缩,实现双层石墨烯的超导。

15、本发明的有益效果是:

16、本发明提出了一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,仅需要以石墨烯为原材料,通过拉伸和压缩这种基本的力学手段,就可以调控电子结构从而实现超导现象。本发明中通过对双层石墨烯莫尔晶格的调制,在低于0.53k的超导转变温度下实现了超导行为,在最大限度上保留了石墨烯的结构完整性,并且避免了扭转双层石墨烯体系中扭转角难以控制的问题。



技术特征:

1.一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,其特征在于,所述方法具体包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,其特征在于,所述拉伸量εh为:εh=(a1-a0)/a0,其中a0为初始碳碳键的长度,εh代表拉伸量,a1为拉伸后碳碳键的长度。

3.根据权利要求2所述的一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,其特征在于,所述层间隧穿项h⊥的矩阵单元为:

4.根据权利要求3所述的一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,其特征在于,所述的计算方法为:

5.根据权利要求4所述的一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,其特征在于,所述单层狄拉克-哈密顿量h1和h2分别为:

6.一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,其特征在于,所述方法具体包括以下步骤:

7.根据权利要求6所述的一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,其特征在于,所述压缩量εh为:

8.根据权利要求7所述的一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,其特征在于,所述层间隧穿项h⊥的矩阵单元为:

9.根据权利要求8所述的一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,其特征在于,所述的计算方法为:

10.根据权利要求9所述的一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,其特征在于,所述单层狄拉克-哈密顿量h1和h2分别为:


技术总结
一种基于应变控制的双层石墨烯超导实现方法,它属于电子学技术领域。本发明的目的是为解决由于扭转角度难以被精确控制,导致现有方法实现双层石墨烯超导性的难度大的问题。本发明仅需要以石墨烯为原材料,通过拉伸和压缩这种基本的力学手段,就可以调控电子结构从而实现超导现象。本发明中通过对双层石墨烯莫尔晶格的调制,在低于0.53K的超导转变温度下实现了超导行为,在最大限度上保留了石墨烯的结构完整性,并且避免了扭转双层石墨烯体系中扭转角难以控制的问题。本发明方法可以应用于双层石墨烯超导的实现。

技术研发人员:李勃含,吉庆祥
受保护的技术使用者:哈尔滨工业大学
技术研发日:
技术公布日:2024/9/2
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