最近出现了新材料的电子动力学狄拉克方程描述的两个维度。一个例子是石墨烯,碳原子的二维蜂窝状晶格是石墨的基本构建块。在石墨烯中,电子服从一个无质量的狄拉克方程,与相对论电子自旋的角色扮演的旋量(“pseudospin”)由两个吗?轨道在单位细胞。单层辉钼矿(监理)大规模的狄拉克方程,是direct-bandgap半导体,同时保留的手性属性spin-1/2 pseudospin。Bi2Se3等三维拓扑绝缘体内部的绝缘,但表现出金属表面状态与无质量的狄拉克结构类似于石墨烯,但与真正的自旋量子力学狄拉克旋量。教授Michael元首的团队正在研究这些材料的实验,以了解他们不同寻常的能带结构决定他们的电子和光学性质。实验研究包括:
*电子传输测量microfabricated设备上(1 - 3、5 - 10、12)。半导体微米和纳米制造工具(在墨尔本莫纳什和纳米加工中心)用于创建电子设备与几何控制。低温电子测量的电阻率、霍尔效应等是用来理解障碍和声子的散射、量子传输(本地化或anti-localization薄弱、量子霍尔效应),等等。
*将显微镜(4、7、11)。将显微镜技术,如扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)是用来理解二维材料的原子结构和电子性质。通过耦合scanned-probe技术与micro-fabricated设备,新的信息可以获得使用技术,如开尔文探针显微镜(衡量当地势在载流设备)或scanned-gate显微镜(衡量当地敏感性小费作为门诱导电荷在一个设备)。
*表面改性(1、3、5)。二维狄拉克材料自动限制在表面和强烈的互动环境。超高真空表面科学技术用于可控修改二维材料的属性,引入杂质,点缺陷,修改介电常数,添加磁相互作用和改变掺杂剂的密度。加上电子传输实验和扫描探针实验表面改性可以洞察之间的关系这些材料的原子结构和电子特性。
*光学光谱和光电[9]。狄拉克二硫化钼等直接带隙半导体,手性光学激励可以激发自旋和pseudospin偏振。此外,二维材料有很强的和可调电子电子之间的相互作用,因为介电性能是由周围的媒体,导致大激子的影响。光学光谱可以用来研究这些影响在狄拉克半导体。
一系列的项目涉及这些实验技术可用于荣誉学生;特定的项目可以根据匹配的技能和兴趣的学生。
引用:
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见https://www.monash.edu/science/schools/physics/honours/honours-project。