石墨烯周期性结构的旋光效应探究.doc

摘要：二十世紀六十年代代初,由于贝尔实验室的研究, 磁光材料() 性能开始迅速发展。由于理论上的改进和很多材料的合成，开发出许多设备，例如调制器，隔离器，传感器，磁光环行器和储存器，还有磁力测量器。然而，普通的材料的旋转能力并不是很强。

我们发现当一束线性电磁波穿过石墨烯单个碳原子层时，穿过石墨烯原子层的线性电磁波相对于入射的线性电磁波会转过一定的角度，这就是法拉第旋光效应。因为石墨烯是凝聚态物理中最薄的材料，所以我们认为这项研究是有意义的。例如，使用运动方程研究该现象和在亚太赫兹频率下石墨烯表现出极宽的非互易极化旋转。

到目前为止，法拉第旋光效应的旋转角度研究多集中在单层石墨烯，双层石墨烯或多层石墨烯上。如果我们要制作一个实用的设备，也就是说，即使当调制磁场不是很强时，也可以获得以弧度为量级的旋转角度，由于石墨烯无质量的狄拉克费米子属性和独特的载流子特征，因此我们可以选择使用柔性石墨烯。

在这里，我们用另一种方式来研究法拉第旋转。在半经典理论中，费尔德常数与介质的质量成反比关系，由于石墨烯无质量的狄拉克费米子属性和独特的载流子特性，导致石墨烯周期性结构的费尔德常数非常高，同时这也意味着它们对外部场的响应非常敏感。因此首先我们使用石墨烯片构建石墨烯周期性结构。当周期长度远小于入射光在结构中的波长时，石墨烯周期性结构（）可以被认为是介质。在本文中，我们研究当一束入射线性极化电磁波穿过介质（或）时的法拉第旋转。

在中，集体共振模式即等离子激元激励发挥着重要的作用。单层或多层石墨烯中存在有两个参数，它们分别是入射波（角）频率和回旋频率，在大块石墨烯中存在第三个参数，等离子体激元频率，这使我们的分析变得复杂。如果我们忽略回旋运动电磁波的传播，在这种情况下会导致回旋运动，为了分析旋转效应，首先我们假设左旋和右旋圆极化波都可以在介质中传播并得到左旋和右旋圆极化波的相应的电场，通过计算可以得到总波矢和旋转强弱。

为了进一步讨论旋光效应的强弱，我们引入两个无量纲量，通过进一步的公式推导，我们通过泰勒展开我们得到了费尔德常数，由此我们证明可以利用石墨烯的狄拉克费米子来获得较高费的尔德常数。

关键词：石墨烯；法拉第旋光效应；载流子；费尔德常数；石墨烯周期性结构。

目录

摘要

Abstact

第一章 引言-1

第一节　旋光效应的发现-1

第二节　旋光效应的回顾-2

第二章 石墨烯的性质-5

第二节　石墨烯的力学特性-7

第三节　石墨烯的电学特性-7

第四节　石墨烯的能带结构-8

第五节　石墨烯高迁移率的原因-9

第六节　石墨烯的光学特性-10

第七节　石墨烯可饱和吸收原理-10

第三章 法拉第旋光效应分析-12

第一节　回旋加速器的原理-12

第三节　法拉第旋光效应的探讨-20

第四章 结论与探讨-25

致　谢-27

参考文献-28