00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF
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Tipo: Tese
Título: Propriedades de transporte em estruturas de grafeno com modulação na velocidade de Fermi
Autor(es): Nascimento, Alexandro das Chagas de Sousa
Primeiro Orientador: Lima, Rodrigo de Paula Almeida
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Lima, Jonas Romero Fonseca de
metadata.dc.contributor.referee1: Lyra, Marcelo Leite
metadata.dc.contributor.referee2: Fonseca, Eduardo Jorge da Silva Fonseca
metadata.dc.contributor.referee3: Girão, Eduardo Costa
metadata.dc.contributor.referee4: Barbosa, Anderson Luiz da Rocha e
Resumo: Um novo e fascinante ramo dentro da área da Física da Matéria Condensada (FMC) foi iniciado quando o grafeno - um material bidimensional composto puramente de átomos de carbono - foi isolado pela primeira vez em 2004. As propriedades de transporte eletrônico desse material diferem grandemente dos convencionais semicondutores por apresentar uma relação de dispersão linear para baixas energias, fazendo com que seus portadores de cargas comportem-se como férmions de Dirac sem massa, revelando, assim, surpreendentes propriedades físicas e potenciais aplicações em diversas áreas. Nesse contexto, as propriedades de transporte de férmions de Dirac através de estruturas bidimensionais são investigadas no presente trabalho. Analisamos a transmissão de portadores de carga através de barreiras de espalhamento (simples e dupla) no grafeno e em nanofitas de grafeno. Consideramos barreiras de potencial eletrostático com modulação na velocidade de Fermi. Empregamos o método da matriz de transferência (MMT) para calcular o coeficiente de transmissão do sistema de barreiras tanto para o caso do grafeno, onde não consideramos os efeitos de borda, quanto para nanofitas de grafeno que dão origem a um termo de gap no ponto de Dirac para determinados valores da largura da fita. Um termo de gap também pode ser gerado no grafeno, por exemplo, a partir da deposição sobre determinados substratos. Adicionamos esse efeito no Hamiltoniano de Dirac para o grafeno e verificamos as modificações nas propriedades de transporte eletrônico. Em termos gerais, nossos resultados indicam que uma redução na velocidade de Fermi dentro da região da barreira pode parcialmente suprimir o efeito de retroespalhamento resultante do potencial eletrostático, mas não afeta a transmissão máxima de incidência normal de portadores de carga na região da barreira - tunelamento de Klein. Essa transmissão máxima de incidência normal é uma característica própria de férmions de Dirac e pode ser suprimida com a consideração do termo de gap tanto em grafeno como em nanofitas. Em adição, cálculos de condutância e fator Fano também foram investigados, evidenciando a possibilidade de manipulação das propriedades de transporte em estruturas baseadas no grafeno através da modulação da velocidade de Fermi em regiões de baixas energias. Os resultados apresentados da modulação da velocidade de Fermi em nanoestruturas de grafeno pode abrir novas rotas para a manipulação de transporte quântico em sistemas de baixa dimensionalidade, podendo ser explorados no desenvolvimento de dispositivos nanoeletrônicos.
Abstract: A fascinating new branch within the field of Condensed Matter Physics (CMP) was started when graphene - a two-dimensional material composed purely of carbon atoms - was first isolated in 2004. The electronic transport properties of this material differ greatly from conventional semiconductors by linear spectrum for low energies, this causes their charge carriers to behave as massless Dirac fermions, revealing surprising physical properties and potential applications in several areas. In this context, the transport properties of Dirac fermions through two-dimensional structures are investigated in this work. We analyzed the transmission of charge carriers through scattering barriers (single and double) in graphene and graphene nanoribbons. Barriers from electrostatic potential with Fermi velocity modulation are considered. We use the transfer matrix method (TMM) to calculate the coefficient of transmission of the barrier system both for the case of graphene, where we do not consider edge effects, and for graphene nanoribbons that give rise a gap at the Dirac point for a given width of the nanoribbons. A gap term can also be generated in graphene, for example, from deposition on some substrates. We added this effect in the Dirac Hamiltonian for graphene and verified the modifications in the properties of electronic transport. Overall, our results indicate that a reduction in Fermi velocity within the barrier region may partially suppress the backscattering effect resulting from the electrostatic potential, but does not affect the maximum transmission of normal incidence of charge carriers in the barrier region - Klein tunneling. This maximum incidence of normal incidence is a characteristic of Dirac fermions and can be suppressed with consideration of the term of gap in both graphene and nanoribbons. In addition, conductance and Fano factor calculations were also investigated, evidencing the possibility of manipulation of the transport properties in structures based on graphene by modulating the Fermi velocity in low energy regions. The results presented for Fermi velocity modulation in graphene nanostructures can open new routes for the manipulation of quantum transport in low dimensional systems and can be explored in the development of nanoelectronic devices.
Palavras-chave: Grafeno
Transporte eletrˆonico
Férmions de Dirac
Velocidade de Fermi
Matriz de transferência
Graphene
Electronic Transport
Dirac Fermions
Fermi Velocity
Transfer Matrix
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Citação: NASCIMENTO, Alexandro das Chagas de Sousa. Propriedades de transporte em estruturas de grafeno com modulação na velocidade de Fermi. 2022. 113 f. Tese (doutorado em Física) – Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2021.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/9606
Data do documento: 27-jun-2019
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