文献综述
石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。自实验上首次制备以来，石墨烯因其稳定、柔韧、坚固、导电性强等特点，受到了人们的广泛关注。石墨烯或许是世界上导电性能最好的物质，但却缺少一种关键特性。和计算及芯片中使用的半导体不同，它缺乏带隙——电子携带电流之前必须跃过的能量跨栏。带隙可以让半导体设备关闭，执行“合乎逻辑”的操作。
一种新型的蜂巢状的晶格结构——硅烯，成为纳米电子学的候选材料。硅烯具有弯曲的晶格结构，存在比较大的自旋轨道耦合，其能带结构可以通过电场或者磁场进行调节。由于硅烯的电子学性质和在电子器件中的潜在应用而受到人们的关注。
一系列理论工作表明硅烯与石墨烯有着相似的性质，如蜂窝状原子结构和在费米能级附近具有线性色散的电子能带。然而，相对于石墨烯平坦的晶格结构，硅烯由于具有更大一些的原子半径而使其晶格结构发生轻微屈曲，这种弯曲结构为我们利用垂直于硅烯平面的电场来控制能带结构提供了方便。另外，硅烯中具有更强的自旋轨道耦合，因此能在其狄拉克点打开一个1.55meV的间隙。利用硅烯的这些特性，科研工作者从理论上预测在硅烯PN结和NPN结中可以实现数值为0，1和2量子化的电导，在硅烯中还可以实现拓扑相变、量子反常霍尔效应和量子自旋霍尔效应。
最近，越来越多的理论工作关注于硅烯纳米结构的输运性质，尤其是自旋相关的输运性质利用硅烯纳米带上的门电压、局域磁场或者利用边缘态与体态的相互耦合，理论上可以得到非常大的电子自旋极化率，从而可以设计基于硅烯材料的自旋过滤器件。利用第一性原理，通过计算硅烯纳米带的输运性质，人们发现其中存在非常大的巨磁电阻效应。当系统存在门电压时，强的门电压激发的电场引起的交错势会使其下方的硅烯发生从量子自旋霍尔相到普通带绝缘体相的拓扑相变。
应用非平衡格林函数方法，研究边界带有局域交换场的硅烯条带中的热自旋输运。局域交换场的存在破坏了时间反演对称性，破坏了一边的边态。由于硅烯弯曲的结构，电场打破了反演对称性。局域交换场和电场的共同作用产生能带结构和输运函数的非对称性，而温度偏压的存在可以产生纯的自旋流，自旋流的幅度可以通过电场的大小和局域交换场的强度来进行调节。这个结果显示出硅烯自旋电子学器件中潜在的应用。利用非平衡格林函数方法计算了零温下体系的电导。研究发现当锯齿形边界的硅烯量子线宽度比较大时，非常强的门电压可以在硅烯量子线中形成新的无能隙的自旋极化边缘态，这种边缘态与原来的硅烯/真空界面的边缘态不同，它是谷自旋极化的，也就是在不同的能谷，自旋是相反的；而较弱的门电压会使体系打开能隙，从而使边缘态发生散射。这些研究不仅对理解材料的基本性质是至关重要的，而且对新型器件的设计和发展有着重要的意义。
参考文献：
[1]吴修强. 纳米结构中自旋与谷极化输运性质的理论研究[D].南京大学,2016.
[2]刁淑萌. 门电压控制的硅烯量子线中电子输运性质[D].河北科技大学,2016.
[3]赵志云. 单层石墨纳米结构中电子自旋输运性质的研究[D].南京大学,2014.
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