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费米能级最新视觉报道_费米能级越高代表什么(2024年12月全程跟踪)

内容来源：卡姆驱动平台所属栏目：热点更新日期：2024-11-30

费米能级

𐟔 半导体物理：揭秘能带结构 𐟎𜠥œ襍Š导体这个神秘的微观世界中，电子们就像是在跳一支支精妙的舞蹈。而这场舞蹈的指挥，就是那复杂而美丽的三维能带结构。今天，就让我们一起走进这个奇妙的世界，探寻能带结构的奥秘！ 𐟓ˆ 能带图就像是一张详尽的地图，标注了电子在晶体中的每一个“舞台”和它们的能量。通过这张地图，我们可以清晰地看到电子如何在晶体中舞动。 𐟔𕠅-k关系则揭示了电子的轨迹，每一条曲线都代表着电子在晶体中的独特运动路径。从这里，我们可以洞察到电子运动的秘密。 𐟎蠤𘉧𛴨ƒ𝥸楛𞥈™以更直观的方式展示了能带结构，仿佛电子们在k空间中的立体雕塑，让我们能够身临其境地感受到能带的起伏和形状。 𐟏ž️ 能带结构切片图则为我们提供了另一个观察角度，沿着晶体的高对称方向，我们仿佛可以切出能带结构的“截面”，欣赏到一幅幅精致的艺术作品。 𐟚€ 能带色散关系描述了电子能量随动量变化的速率，这是半导体器件设计的重要依据，也是我们理解电子传输特性的关键。 𐟌᯸ 费米能级和能隙则是半导体物理中的两个重要概念。费米能级代表了电子在绝对零度时的最高能量状态，而能隙则决定了材料的导电性质，对光电器件的性能有着至关重要的影响。 𐟧 为了更深入地理解材料性质，科学家们还利用第一性原理计算和实验测量等手段进行深入研究。这些科学方法为我们揭示了更多关于半导体物理的秘密。 𐟌ˆ 现在，就让我们一起踏上这场探索之旅，感受电子在晶体中的舞蹈，揭开半导体物理的神秘面纱！

𐟚€北大汇丰微电学与固电学考研全攻略𐟌Ÿ 准备考研的同学们，刚开始复习专业课的时候，一定要根据往年的考试大纲，把所有的参考书都仔细看一遍，对考试范围有个大致的了解。即使有些知识点考得频率不高，也不要掉以轻心。为了帮助大家少走弯路，我整理了一些北大汇丰微电子学与固体电子学的考研资料，供大家参考。考情分析𐟓Š 真题解读：根据近几年的历年真题分析，我发现专业课考试难度较大，考题较为灵活，与社会热点关联更深。同时，考试也非常关注考生的知识面。以下是具体的题型和分值分布： 824 半导体物理名词解释：6道，每道5分，共30分简答题：2道，每道15分，共30分画图：1道，15分求解题：2道，每道30分，共60分备考建议𐟓š 报考北大需要扎实的基础，不是通过所谓的押题和划重点就能考上的。以下是一些备考建议：半导体晶体结构和半导体的结合性质半导体中的电子状态：半导体能带的形成，Ge、Si、GaAs能带结构，有效质量、空穴、杂质和缺陷能级热平衡下半导体载流子的统计分布：状态密度、费米能级、本征半导体和杂质半导体的载流子浓度，简并半导体和重掺杂效应半导体的导电性：半导体导电原理，载流子的漂移运动、迁移率、散射机构，半导体电阻率（电导率）随温度和杂质浓度的变化规律，强电场效应、热载流子，负阻效应非平衡载流子：非平衡载流子与准费米能级，非平衡载流子注入与复合，复合理论，非平衡载流子寿命，爱因斯坦关系，载流子漂移、扩散运动，缺陷效应，连续性方程 pn结：平衡与非平衡pn结特点及其能带图，pn结的I-V特性、电容特性、开关特性、击穿特性金属和半导体接触：半导体表面态，表面电场效应，金属与半导体接触特性、MIS结构电容-电压特性半导体异质结：异质结的形成机理、能带图半导体的光学性质及光电效应：半导体的光吸收，半导体光电导，半导体光生伏特效应，半导体发光及半导体激光器半导体热电、磁电及压阻效应：半导体热传导及热电效应，半导体的霍耳效应，半导体的压阻效应相信自己𐟒ꊊ夜以继日的努力，都是为了更广阔的未来。相信你一定能成功上岸，来年我们换个身份相见！加油，考研人！

11265 【材料专业课】想找个专业对口的劳工给我简单讲讲「钉扎效应」，再列个有关它的大纲，我用来做大作业找逻辑用。不用多美观我能看懂就行，可能期间会随时骚扰（）以及本人基础一般，涉及到费米能级什么的概念可能也要顺带讲一下𐟏𓯸 感觉好难找啊啊啊，，心理价八石左右，祈祷nia

𐟔催 P和F掺杂全解析𐟔 𐟌Ÿ探索B, P和F掺杂的奥秘，一篇文章带你全面了解！𐟌Ÿ 𐟒맡𜯼ˆB）掺杂：硼原子与碳结构中的C–C 反键轨道电子相互作用，使硼成为电子供体。这种掺杂能有效降低碳的费米能级，引入电子缺陷，形成p型半导体。常用的硼掺杂前驱体包括硼酸（H₃BO₃）和Na2B4O7等。 𐟒姣𗯼ˆP）掺杂：磷元素因其低电负性和高电子给体能力而在掺杂领域备受关注。与氮掺杂相比，磷掺杂碳材料展现出更高的电子供给能力和更好的电子离域性。但磷的较大半径为其掺杂带来挑战。常用的磷掺杂前驱体有磷酸（H₃PO₄）、三苯基膦等。 𐟌꯸氟（F）掺杂：氟化过程能在碳材料表面诱导晶格缺陷，进而扩大石墨烯层间距离。这一特性使得氟掺杂在材料科学中具有独特的应用。常用的氟掺杂前驱体包括NH4F、F2/Ar混合气体以及聚偏氟乙烯（PVDF）等。 𐟔즎Œ握这些基本材料合成方法，对你的研究工作定会大有裨益！快来探索B, P和F掺杂的奇妙世界吧！𐟚€

石墨烯场效应晶体管具有独特的结构，在多个领域得到了广泛应用。光电探测器是一种电子器件，它可以将光信号转化为电信号。由于其在现实生活中的广泛应用，许多科学家致力于研究这种器件，并创造了多种类型的光电探测器。以下是一些典型的光电探测器。以上提到的光电探测器的光响应度通常在A/W量级左右。但随着光电探测器的快速发展和大规模使用，人们对其性能的要求越来越高，希望这种器件不仅能够实现高响应度，而且还能具有较宽的工作带宽。为了满足这种需求，石墨烯的宽光谱吸收特性成为了制备宽光谱光电探测器的理想选择。由于金属材料带隙为零且载流子浓度较高，无法通过外加偏压的方法对金属材料的载流子浓度进行有效的调制,所以金属材料很难被用来制备场效应品体管(Field Effect Transistor,FET)。而石墨烯具有半金属特性，只有一个原子层厚度且载流子浓度较低，可以通过外加偏压的方法调制石墨烯的载流子浓度，所以石墨烯是用来制备场效应晶体管的理想材料。石墨烯场效应晶体管(GFET)由三个电极构成，分别是源极、漏极和栅极，其中源极和漏极是由金属与石墨烯沟道两端接触而成，栅极通过绝缘介质层与石墨烯层隔开。根据栅极和源、漏电极的相对位置，可以将石墨烯场效应管分为背栅型场效应晶体管和顶栅型场效应晶体管两种类型，如图 1.7 所示为两种类型场效应晶体管的结构示意图。栅极和源、漏电极不在同一面的为背栅型场效应晶体管: 栅极和源、漏电极在同一面的为顶栅型场效应晶体管。两种类型的场效应晶体管的工作原理是相同的，因为石墨烯的零带隙特性使得石墨烯场效应晶体管具有双极性特性，基于这一特性可以通过施加栅极电压的方式实现对石墨烯费米能级的调节作用，石墨烯的电导率会随着费米能级的变化而变化。图1.8是石墨烯场效应晶体管的转移特性曲线图，从图中可以看出，当对栅极施加负电压时，石墨烯的费米能级下移到价带，在负栅压的作用下石墨烯中空穴浓度增加，此时器件主要以空穴为导电电荷。当栅压等于0 V时，石墨烯的费米能级位于狄拉克点附近，此时石墨烯的载流子浓度最小，电导率也最小，因此将狄拉克点称为石墨烯的电中性点:当栅极电压为正时，石墨烯的费米能级移动到导带，石墨烯中电子浓度增大，此时器件主要以电子为导电电荷。由此可知，无论施加在栅极上的电压是正还是负，都可以改变石墨烯的电导率，减小器件的电阻。在 GFET 实际应用之前，对器件的电学特性进行分析研究是十分必要的。由于石墨烯仅由单层碳原子构成，所以每一个碳原子都位于石墨烯薄膜的表面。因此 GFET 的电学特性会受到外部环境和界面效应的影响，石墨烯与空气、金属电极以及绝缘衬底都有接触，这些接触会形成不同的界面，这些界面会对 GFET 的电学特性产生不同程度影响，此外所用的电极材料不同、衬底材料不同均会对电学特性产生影响。研究人员对 GFET 器件的电学特性研究主要集中在以下 3 个方面: 散射机制和输运特性研究，通过玻尔兹曼输运方程对石墨烯的电导率和载流子迁移率的影响因素进行研究，发现石墨烯的带电杂质散射、声子散射及因石墨烯表面缺陷所引起的短程散射等因素都会对电导率和迁移率产生影响。其中带电杂质的库伦散射是影响石墨烯迁移率的主要因素，通过计算得出，在衬底上石墨烯的迁移率小于 104cm2V-1S-1量级。没有衬底时，本征石墨烯的载流子迁移率高达 200000 cm2V-1S-1，所以减弱带电杂质的库伦散射能够有效提高石墨烯的迁移率。金属/石墨烯接触，因为金属电极和石墨烯的功函数不同，所以在接触界面处存在相互作用，这种相互作用会对石墨烯场效应晶体管的电学特性产生较大的影响。当两种材料之间的功函数相差较小时.在接触面间会形成较窄的势垒，电极和石墨烯之间形成良好的欧姆接触，当两种材料之间的功函数相差较大时，会在接触面间形成势垒结，电极和石墨烯之间会形成肖特基接触。一般情况下用金、铜、镍、铝等金属作为 GFET 的电极材料，这些金属会对石墨烯产生不同的掺杂作用。此外,不同的电极形状和尺寸也会对石墨烯场效应晶体管的电学特性产生影响。石墨烯的表面处理，因为石墨烯是单层薄膜结构，所以石墨烯中的碳原子都处于薄膜的表面，基于这一特点可以利用化学方法对石墨烯薄膜表面进行处理，进而达到改变石墨烯电学特性的目的。科研人员通过大量实验得出金属氧化物薄膜、有机分子、盐溶液、HNO3等都可以对石墨烯薄膜产生掺杂效应，改变石墨烯的电学特性。

高性能石墨烯基染料敏化太阳能电池光阳极能够提升光伏特性。染料敏化太阳能电池(DSSCs)因无毒、成本低的特点受到了越来越多的关注。自从Gratzel在1991年取得突破性的能量转换效率(以来，研究的焦点集中于制备更高效的染料和开发性能更好的光阳极材料，以追求更高的光伏性能。染料分子作为光子马达实现器件的光电转换功能，并决定光电转换效率(IPCE)。近年来，科研人员制备了一系列的高性能染料，包括N749、N3、吲哚啉、卟啉和酞菁等。目前，限制DSSCs发展的瓶颈在于如何进一步提高光阳极的性能。尽管纳米多孔TiO2光阳极提高了对染料的吸附能力，但其较高的电阻导致填充因子(FF)较小，限制了š„提高。石墨烯具有极高的电子迁移率(200000cm2ⷖ－1ⷳ－1)、大比表面积(2630m2ⷧ－1)以及高透光率(单层样品为97%)，因而被认为是一种理想的光阳极改性材料。 Shin等报道了还原氧化石墨烯(rGO)改性的光阳极材料，高了20%。Tang等采用化学气相沉积法制备了三维网状石墨烯(3DGNs)，并将其作为电子快速输运通道应用于光阳极中，➥Š 到了9.1%，但经过仔细分析后发现，3DGNs和TiO2之间界面接触不够紧密并造成光生电子的损失。因此，如何抑制暗电流的产生、提高光阳极对入射光的吸收能力并进一步提高光电转化效率和€𜥾—研究。本研究制备了一种石墨烯修饰的具有三层结构的光阳极，并分别分析了输运层、工作层和散射层的作用机制。最后优化了光阳极的三层结构，提升DSSCs的光伏特性。得到采用不同光阳极的DSSCs的J-V曲线示于图3中，可见所制备器件的光伏特性与所采用的光阳极紧密关联。首先看到，如果输运层采用rGO作为终结层时JSC和ƒ𝥢ž加了约10%，而如果采用TiO2作为终结层时其相应的表现与没有增加输运层时相当，表明只有当rGO作为输运层的终结层时才能提高光阳极的输运性能。在输运层和工作层厚度相同的前提下，观察到的光伏性能差异有下列两种可能的原因:输运层与工作层的界面接触条件、输运层与导电基板的界面接触条件。得到当输运层的终结层分别为rGO和TiO2时光阳极的能带结构和光生电子传输的示意图。发现主要区别在于光生电子在工作层和输运层界面上的传输能力存在差异。石墨烯的费米能级高于TiO2的导带，电子从石墨烯传输到TiO2的概率小于5㗱0－7(量子隧穿被证实是实现电子在界面处输运，克服肖特基势垒的唯一途径)。相反，当电子从TiO2转移到石墨烯则形成欧姆接触。因此，当采用rGO作为终结层时，电子传输(从TiO2和3DGNs到rGO)比采用TiO2作为终结层(从3DGNs和TiO2到TiO2)效率更高。理论上电子传输到rGO后需要通过TiO2才能进一步传输到导电玻璃上，但实际上采用自组装方法制备的每层TiO2和rGO无法实现完整的封闭，即以rGO为终结层时，大部分接触面积可实现欧姆接触。而采用TiO2为终结层时，工作层和输运层接触的大部分面积依然是肖特基接触，导致光生电子输运效率的显著差异。在本研究中同时采用rGO和3DGNs共同修饰工作层，发挥rGO改善石墨烯与TiO2界面接触水平和3DGNs提高电子输运的能力，进一步提升了器件的光伏特性。除了电子输运能力之外，器件的光伏性能也取决于光阳极对入射光的吸收能力和对染料的吸附能力。光阳极中颗粒的平均粒径与入射光波长之间的关系是影响光阳极散射和吸收入射光的主要因素。由于工作层中TiO2颗粒尺寸较小(20～30nm)，导致其对可见光(400～760nm)的散射能力较弱，从而限制了光阳极对入射光的反复散射和吸收。因此，增加散射层以提高光阳极对入射光的吸收至关重要，同时散射层应与工作层具有较好的兼容性。通过水热法制备的rGO-TiO2复合物的平均尺寸可以通过调节反应条件来控制，使其与可见光波长相匹配。观察散射层的SEM图和TEM图，插图中的晶格间距对应于TiO2的(101)晶面。添加散射层后，IPCE在长波范围内增加了10%，表明采用散射层对提高光阳极对入射光的反复吸收具有重要的意义。此外，加入散射层后染料的负载量显著提高。最后对工作层和散射层中rGO的质量分数进行了优化，当其数值分别为4(wt)%和5(wt)%时光伏性能最佳，JSC和𞾥ˆ𐲳.6mAⷣm－2和10.7%。结论制备了具有三层结构的石墨烯基光阳极并应用于DSSCs，其光伏性能与光阳极的结构密切相关。输运层中最终沉积层的选择决定了输运层和工作层界面处的接触水平，最终沉积层为石墨烯时可进一步提升DSSCs的光伏表现。界面接触条件对JSC、FF和œ‰显著的影响，当满足欧姆接触时，电子的输运能力得到显著提高。由于输运层较薄，暗电流的大小主要由工作层决定。

【「AFM：通过调控二维原子层堆叠实现可调谐能带结构及载流子动力学，以构建高性能、自供电宽光谱及深紫外光电探测器」】二维（2D）材料独特的层依赖电子结构为实现其光生载流子动力学（包括光生载流子产生、分离和界面转移行为）的精确控制带来了可能，深入揭示层数与电子结构之间的关系有望进一步优化和扩展其光电应用。有鉴于此，近日，杭州电子科技大学龙丽媛副教授、王敦辉教授课题组通过限阈生长策略高产率地合成了形貌均一、层厚连续可调的二维菱形相ZnIn2S4（R-ZIS），深入揭示了其电子能带结构的层依赖规律，并基于单一半导体同步实现了面向宽光谱和深紫外两种应用场景的自供电型光电探测器。通过基于硫源浓度调控的限阈生长策略，成功地将2D R-ZIS纳米片阵列的层厚从多层（12层）连续调控至单层。随着二维原子层层厚的减小，R-ZIS呈现出连续可调的直接带隙（2.39 eV至2.77 eV），并伴随着导带底（CBM）和费米能级（EF）的显著上移。高度自洽的实验和DFT理论计算结果证明了这是由于二维原子层层间耦合作用的减弱与不可避免同步增加的Zn缺陷之间的协同效应引起的。AFM：通过调控二维原子层堆叠实现可调谐能带...

利用SEM-EDX技术分析微纳米电子器件中欧姆接触的超导性 ? 前言：欧姆接触结构在微纳米电子器件（例如：芯片、CPU等）中扮演着重要的角色，尤其在高电子迁移率晶体管（HEMT）等高性能器件中，欧姆接触的性能将直接影响设备的电子输出功率和性能，为了深入了解和优化欧姆接触的性质，我们将采用扫描电子显微镜（SEM）和能量散射X射线（EDX）等技术对样品进行详细的分析。 ? 通过在欧姆接触结构的中心和边缘进行SEM-EDX研究，我们发现了表面和深层结构的复杂性，研究显示表面富含Ni、Ge和As的颗粒，周围包围着富含Au、Ga和Al的区域，这与先前的研究结果一致。 ? 我们通过推算找到了一种更简单的异质结构（称为单一异质结构）操作，以及在窄带隙GaAs区域中创建2D电子气 (2DEG)的调制掺杂概念。 ? 首先是单异质结构和三角形限制阱，单异质结构是一种由两种不同的半导体材料堆叠在一起组成的半导体器件，在这种情况下，它涉及AlGaAs和GaAs层，当两层接触时，由于材料之间的能级差异，在界面处会发生能带弯曲。 ? AlGaAs区域中的导带底部 (EC) 往往会高于费米能级 (EF)，因此来自AlGaAs层中Si掺杂剂的电子将填充窄带隙GaAs层，从而使AlGaAs不受外部干扰的影响。 ? 材料之间的能带弯曲导致在GaAs层中形成三角形势阱，从而有效地将电子限制在晶体的生成方向上形成 2DEG，该三角形势阱的宽度约为 10 nm，与电子的费米波长相当。 ? 为了提高异质结的纯度并防止GaAs层中的意外掺杂，我们将样品结构进行了调制掺杂，在调制掺杂后，n型掺杂剂（Si）被引入宽带隙AlGaAs层中，但其放置位置与异质结界面处形成的2DEG有一定距离。 ? 由于Si掺杂剂和2DEG之间的距离过远，导致正离子化的Si原子仍然远离2DEG，从而使窄带隙GaAs层免受有意掺杂，这种分离有助于减少散射并增强2DEG的迁移率。 ? 当实验样本温度高于100 K时，热激活电子会从n-AlGaAs区域溢出，并穿过静电势垒，留下带正电的供体，这种空间电荷会导致能带弯曲并阻止电子返回其供体。 ? 如果AlGaAs区域中的自由电子密度大幅增加（由于高掺杂），则掺杂AlGaAs层中的最低能级将降至费米能级以下，从而在掺杂AlGaAs区域中产生第二个电子群，这些电子可以与GaAs层中三角形势阱中的电子一起促进并联传导。 ? 这种结构允许在GaAs层中创建良好控制的 2DEG，可用于各种电子和光电应用，调制掺杂技术确保了2DEG的高纯度和低散射，从而增强了材料的电子性能。 ? 前面我们研究了样本材料的电子性能，接下来我们将着重分析硅掺杂AlGaAs异质结构中的光电现象。 ? 第一个现象是DX中心和持久光电导性，在硅掺杂的AlGaAs中，并非所有施原子都被进行了电离，有些原子仍保留为带电杂质，称为 DX（施杂质）中心，这些DX中心的能级位于AlGaAs的导带(EC)内，通常在中间能隙附近，在低温 (T < 150 K) 下，DX中心会“冻结”，因为没有足够的热能将电子激发出这些中心。 ? 第二个现象是使用红光照明，通过用红色发光二极管（LED）照射样品，DX中心的电子被激发到足够的能级，使它们能够克服能垒并到达异质结界面，从而增加2DEG的载流子密度。 ? 第三个现象是持久光电导效应，使用红光增加2DEG中载流子密度的过程被称为持久光电导或“闪烁”，它提供了一种非侵入性的方法来改变2DEG中的电子密度，而无需引入额外的掺杂剂或改变结构。结论：研究结果表明，欧姆接触的表面和深层结构都非常复杂，由富含Ni、Ge和As的颗粒组成，周围包围着富含Au、Ga和Al的区域，这些结构和成分分布对欧姆接触的性能和稳定性产生了重要影响。 ? 在2DEG研究的中，我们提出了单一异质结构和调制掺杂概念，用于在窄带隙GaAs区域中创建2D电子气 (2DEG)，我们还进一步研究了硅掺杂AlGaAs异质结构中的光电现象，发现DX中心是AlGaAs中未电离的施原子，它为改变2DEG的电子密度提供了新的可能。 ? 最后我们还研究了样品在温度变化下的行为，得知当样品保持低温时，激发的电子难以克服能垒返回AlGaAs层，导致2DEG保持较高的载流子密度，经过热循环，激发的电子可以返回AlGaAs层，使2DEG的载流子密度恢复到原始状态。 ? 这些发现为优化欧姆接触制备工艺提高器件性能提供了更多参考，对于微米纳电子器件的设计和制造具有重要意义。

基于石墨烯的光学传感器在多个领域得到了广泛的应用。二维材料是伴随着 2004 年曼切斯特大学 Geim 小组成功分离出单原子层的石墨材料一-单层石墨烯(graphene)而提出的。在成功得到单层石墨烯(二维)之后,它和金刚石(三维)、石墨(三维)、碳纳米管 (一维) 和富勒烯(零维)就组成了一个完整的碳材料“家族”，与这些成员相比，单层石墨烯的一些性能指标如光学、电学等均与之相当甚至更好。从理论上说，单层石墨烯是除金刚石外所有碳晶体的基本结构单元，不同形状的单层石墨烯薄片可以构成不同的碳材料21。如图所示。单层石墨烯从理论上的预言到实验上的成功制备,经历了近 60 年的时间。传统理论认为,单层石墨烯不会在现实中存在。从结果来看，理论方面显然是错误的，之所以出现这种与理论相悖的结果是因为单层石墨烯层片并非一个完美平面，故其通过在表面形成褶皱或吸附其他分子来维持自身的稳定性。但从在实验室成功用胶带剥离出单层石墨烯之后，不仅理论方面得到了完善，其制备方法也取得了很大的进步。在下面我们简单介绍了制备单层石墨烯常用的几种方法以及其优缺点。完美石墨烯由于具有优异的性质而被誉为 21 世纪最具颠覆性的“新材料之王”，并在高频晶体管、机械谐振器、透明导体、自旋电子学、传感器和药物输送方面显示出巨大的应用潜力。单层石墨烯具有特殊的能带结构，即锥形的价带与导带完全对称分布在费米能级的上下，致使导带和价带仅有一个交叉点(此交叉点也被称为狄拉克点)，如图 1.2 所示。从分子结构来看，每个 C-C 键都有一个成键轨道与反键轨道，并且以 C-C 键为平面完全对称，而且整个单层石墨烯分子结构中的每个a键互相共钜形成了一个大r键，电子或空穴将会有一个很高的电子费米速率(106m/s)。正是由于这些，在电学特性方面，单层石墨烯的载流子的传输能力很强。在室温下，单层石墨烯薄膜电子迁移率高达 200000 cm2/(Vⷳ)，其相对应的电阻率为 10-6𗣭，比一些导电性很强的金属如铜、银还要低。除了超高的迁移率和超低的电阻率之外，单层石墨烯还有其他的一些突出的电子性质，如量子霍尔效应、自选传输性质等。在热学特性方面，其主要取决于单层石墨烯的声子传输。室温下导热率高达 5300 W/mk，是纯铜导热率(400 W/mⷫ)的 10 多倍。除了上述所提到的这些特性，单层石墨烯的光学性能也格外突出。同电子特性类似，单层石墨烯的光学特性也与二维、单原子厚的蜂窝状碳晶格密切相关。正因如此独特的电子能带结构，原则上单层石墨烯对白光的吸收值为𑨲.3%)，即透过率高达 97.7%，几乎完全透明，反射率可以忽略不计 (<0.1%，10 层石墨烯约为 2%)，而且石墨烯的光吸收率随着石墨烯层数的增加而线性增加。由于石墨烯强大的宽带吸收，在全内反射下对横向电模式(Transverse Electric,TE)和横向磁模式(Transverse Magnetic,TM)表现出不同的反射率，理论研究表明，在全内反射情况下，单层、双层和少层石墨烯对光的 TE 模式的吸收多于 TM 模式。在磁场的作用下，单层石墨烯的电子和空穴会分离。随着磁场强度的增加光吸收的振幅会增加，并出现蓝移。根据单层石墨烯的精细结构常数，再结合保利阻塞原理，可知单层石墨烯的光吸收可以通过调整费米面的位置来调节。从能带转换来看，光和单层石墨烯之间的相互作用主要有两种类型，带间跃迁和带内跃迁。在紫外区，带间跃迁接近鞍点，此时的光吸收超过了普遍的吸收值，具有激子效应。在远红外和太赫兹光谱区，电子响应主要是带内跃迁，在这个波段的电子响应类似于金属中的自由电子响应，可以激发表面等离子体激元。在近红外和可见光波段，光反应主要是带间跃迁。单层石墨烯的另一个有趣的光学方面是胶体石墨烯量子点。这种量子点可以发蓝光或绿光，并在体外异质结光伏电池中充当良好的电荷载体分离器。石墨烯可以结合光纤反射原理或光纤于涉原理作为荧光材料。除了这些光学特性,还有许多其他光学现象如磁光效应、电磁感应透明和光束偏移等。石墨烯的光学特性为构建基于石墨烯的光学器件奠定了基础，基于石墨烯的光学传感器也陆续被开发出来。目前，基于石墨烯的光学传感器主要包括 SPR 传感器、石墨烯光纤 SPR 传感器和石墨烯空间光传感器。其中，应用最广泛的光学传感器是基于 SPR 的传感器，其灵敏度高，无标记，能够实时响应。对于光学传感器来说，单层石墨烯还可以应用于生物传感器中。基于石墨烯的光学生物传感器可用于单细胞检测、细胞系和抗癌药物检测、蛋白质和抗原-抗体检测等。同样地，SPR 型的生物传感器的功能特点也非常突出，具有实时监测、检测方便快捷、灵敏度高、分析数据质量高、跟踪监测配体稳定性、保证反应平衡和应用广泛等特点。

磁性衬底上石墨烯的自旋依赖€*带隙研究石墨烯因其大的自旋输运相干长度和独特的能带结构，特别是无质量的狄拉克锥和几乎平坦的范霍夫奇点（VHSs），在自旋电子学应用中前景广阔。尽管石墨烯本身是非磁性的，但通过与磁性材料接触的近邻效应，可以获得自旋极化。然而，在过渡金属Fe、Co和Ni上，3d态的强烈相互作用改变了€*态，形成了复杂的杂化能带并失去了其线性特性。自旋电子学的目标是使石墨烯成为自旋导体，找到几乎保持石墨烯电子性质不变的支撑磁性材料。去除自旋简并可以将石墨烯变成自旋场效应晶体管、自旋阀或自旋转移矩器件。反过来，自旋极化的范霍夫奇点可能导致非常规超导性、量子相和绝缘拓扑态。在这项研究中，通过角分辨和自旋分辨的光电子能谱（ARPES和spin-ARPES）以及密度泛函理论（DFT）计算，研究了石墨烯/Eu/Ni(111)的电子和磁性。由于Eu插层，石墨烯与Ni解耦，其€*态在K点附近恢复了线性色散。与Eu4f态的相互作用消除了狄拉克点附近的自旋简并，并在’Œ带之间产生了一个较大的自旋依赖带隙。大的Eu诱导n掺杂导致在费米能级处出现自旋极化的范霍夫奇点和明显的准粒子能带。在带隙附近，计算表明存在大的Berry曲率，证实了能带的拓扑性质。穿过带隙的有限Berry曲率和时间反演对称性破缺允许在该体系中出现量子反常霍尔效应。图1展示了石墨烯/Eu/Ni(111)沿主要高对称方向的自旋分辨DFT能带结构，以及表面布里渊区的示意图。图2显示了石墨烯/Eu/Ni(111)的自旋积分ARPES图，以及从实验数据中提取的EDC光谱。图3展示了实验费米面和沿KM方向的ARPES图，以及沿和p()的ARPES光谱。图4则展示了Berry曲率的计算结果。通过这些研究，可以更好地理解磁性衬底上石墨烯的电子结构和磁性性质，为自旋电子学应用提供更多理论支持。

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精选案例||费米能级篇（附常见问题说明） - 知乎
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费米能级 - 快懂百科
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PN 结的费米能级与玻尔兹曼分布规律表述 - 知乎
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费米能级与能带图,能带图,导带和价带示意图(第2页)_大山谷图库
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浅谈费米能级-CSDN博客
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【半导体基础/器件】13费米能级的确定! - 知乎
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半导体器件物理【16】非平衡过剩载流子 —— 准费米能级_每个人一生中都有一次机会相信另一个人，不管结果如何，在这之后你都不会再相信任何人了-CSDN博客
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