双层石墨烯与纳米管结构的紧束缚近似：从层间可公度到不可公度
介观与纳米尺度物理
2022-06-22 v2
摘要
一维和二维双层体系是可超调控量子材料的范例，被视为新一代电子与光子器件的基础。本文在紧束缚近似下发展了此类可公度与不可公度双层碳结构电子能带结构的通用理论。为建模可公度扭转双层石墨烯 (TBLG) 的能带结构，我们应用经典的能区折叠理论。后者引导我们在平移布洛赫波函数 (SBWF) 基下构造 TBLG 哈密顿量，与通常的布洛赫函数不同，其波矢 q 被一组矢量 Q_i 平移。所考虑哈密顿量的维数等于 4T，其中因子 T 为落入任一层原始第一布里渊区的折叠倒空间的顶点 Q_i 的数目。我们提出并讨论了一种选取约化 SBWF 集合以构造有效哈密顿量的方法，其正确描述可公度 TBLG 的低能谱。讨论了低能能带随扭转角减小的平坦化。如我们所展示，该谱源于折叠色散曲线最低能模之间的相互作用。不可公度 TBLG 与双壁碳纳米管 (DWCNTs) 低能带结构计算的有效哈密顿量以类似方式构造。为检验所发展理论，我们计算了 29 个 DWCNTs 中 105 个管内光学跃迁的能量，并与已发表及新的实验数据比较。我们还应用该理论计算最近发现的管间跃迁能量。讨论了允许此类跃迁的几何条件。我们表明这些跃迁发生于层具有相近手性角且相同手性的 DWCNTs 中。
引用
@article{arxiv.2109.03157,
title = {Tight binding approximation for bilayer graphene and nanotube structures: from commensurability to incommensurability between the layers},
author = {D. V. Chalin and D. I. Levshov and A. E. Myasnikova and S. B. Rochal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.03157},
year = {2022}
}
备注
15 pages, 7 figures, published in Physical Review B