基于石墨烯的横向量子结构中谷依赖输运理论

利用横向量子结构中带隙或平均势的平面内变化，可以实现二维(2D)材料电子态的调制。在具有六方对称的原子构型中，这种方法能够为潜在的器件应用量身定制谷电子性质。本工作中，我们提出一种多带理论来计算基于石墨烯的横向量子结构中的谷依赖电子输运。作为示例，我们考虑具有单一界面的结构，该界面表现出能隙或势的不连续性。理论形式在紧束缚描述框架内进行，首先推导恒定带隙或势区域中的局域块体复能带结构，然后通过胞平均电流算符跨界面连接局域波函数以确保电流连续性。该理论被应用于研究电子在界面处的反射和透射。发现反射和透射均表现出谷对比行为，可用于产生谷极化电子源。结果随界面类型以及单层与双层石墨烯基结构之间的不同而变化。在单层情况下，谷对比源于能带翘曲，且仅在高能入射载流子时变得显著；而在AB堆叠双层石墨烯中，垂直层间耦合作为谷对比的额外重要原因出现，且有希望的载流子能量也大幅降低。我们的数值结果清楚地展示了双层石墨烯结构有利的谷电子性质。