石墨烯纳米结构的轨道磁性：体效应与受限效应

我们考虑了低能区石墨烯基纳米结构中非相互作用载流子的轨道磁性质。此类系统的磁响应既源于体贡献，也源于受限效应，后者在弹道量子点中可能特别强。首先，我们全面研究了不同机制下体石墨烯在磁场中的磁化率 $\chi$，这些机制源于所涉及能量标度（即温度、朗道能级间距和化学势）的相对大小。我们表明，对于有限温度或化学势，$\chi$ 不发散，尽管来自填满价带的抗磁贡献 $\chi_{0}$ 表现出众所周知的 $-B^{-1/2}$ 依赖性。我们进一步推导了 $\chi$ 的振荡调制，对应于传统二维电子气的 de Haas-van Alphen 振荡。这些振荡在石墨烯中可能很大，从而补偿抗磁贡献 $\chi_{0}$，并在某些能量和磁场机制下产生净顺磁磁化率。其次，我们预测并分析了石墨烯基量子点中相应的强受限诱导磁化率振荡，其振幅明显超过相应的体磁化率。在半经典方法框架内，我们推导了具有规则经典动力学的石墨烯量子点轨道磁性的通用表达式。石墨烯特有的特征可追溯到底层周期轨道上的赝自旋干涉。通过与两个示例介观系统（具有无限质量型边缘的石墨烯圆盘以及具有扶手椅型和锯齿型边缘的矩形石墨烯结构）的量子力学结果进行比较，我们展示了半经典近似的质量，在后一种情况下使用了数值紧束缚计算。