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dissertacao.pdf: 11565559 bytes, checksum: 0c8fc9e5398c5417a887a52e38d46553 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O grafeno, um material bidimensional a base de carbono, tem propriedades físicas muito interessantes e vem despertando enorme curiosidade científica e tecnológica desde sua recente descoberta experimental em 2004. Vários trabalhos têm apontado as diversas possibilidades de aplicações do grafeno em novos dispositivos, demonstrando a capacidade de se controlar o transporte neste material através da aplicação de campos externos e/ou dopagem. Especial atenção é dada à possibilidade de usar grafeno como base para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos, que aproveitam tanto o transporte de carga quanto de spin eletrônico. Várias características spintrônicas de sistemas mesoscópicos estão relacionados à interação spin-órbita. Como ela é relativamente pequena nos átomos de carbono, muitos trabalhos vêm sendo realizados a fim de se obter uma maneira de aumentar sua intensidade no grafeno - como, por exemplo, através da adsorção de impurezas na superfície do grafeno. O objetivo deste trabalho é estudar o transporte de carga e spin em nanofitas de carbono. Estamos interessados no transporte dentro do regime de resposta linear através dessas nanoestruturas de grafeno na presença de desordem com ou sem acoplamento spin-órbita. Utilizamos modelos efetivos para a adsorção das impurezas, e o formalismo de Landauer para calcular a condutância dos diversos sistemas propostos. Para isso, obtivemos analiticamente as funções de Green de nanofitas de grafeno semi-infinitas de borda armchair, que serviram como contatos para as amostras com defeitos e impurezas adsorvidas. As funções de Green dos condutores centrais foram obtidas tanto por inversão direta do hamiltoniano como de maneira recursiva. Este último m´etodo otimiza o cálculo numérico e viabiliza-o para amostras relativamente grandes, com milhares de átomos. Estudamos os efeitos de uma única impureza que adsorve tipicamente no topo de um carbono sobre as propriedades de transporte, e investigamos as implicações de uma distribuição de impurezas que adsorvem no centro do hexágono e que podem induzir acoplamento spin-órbita em nanofitas de grafeno. Examinamos ainda as consequências de constrições de bordas nas nanofitas. Obtivemos a distribuição espacial de corrente elétrica através da região central do condutor, que permite uma melhor visualização dos efeitos destas dopagens e imperfeições. Quando o acoplamento spin-órbita se torna relevante, a distribuição espacial da corrente para cada direção de spin revela como a corrente se redistribui pela fita e qual o seu grau de polarização de spins. Em particular, mostramos que, em energias associadas ao primeiro platô da condutância, a corrente elétrica flui pelas bordas da tira com polarização total de spins (cada borda polarizada em uma direção). Este comportamento é semelhante aos isolantes topológicos e apresenta um grande potencial para uso em tecnologias futuras. / Graphene, a two-dimensional carbon-based material, has very interesting physical properties and has attracted huge scientific and technological curiosity since its recent experimental discovery in 2004. Several studies have pointed out the various possibilities for applications of graphene on new devices by demonstrating the ability to control the transport in this material by the application of external and/or doping field. Special attention is given to the possibility of using graphene as the basis for the development of spintronic devices, which benefit both charge transport as the spin transport. Several features of mesoscopic spintronic systems are related to the spin-orbit interaction. Since it is relatively small in carbon atoms, several studies have been conducted in order to obtain a way to increase it in graphene - as an example, by adsorption of impurities on the graphene surface. The aim of this work is to study the charge and spin transport in carbon nanoribbons.
We are interested in transport within the linear response regime through these graphenebased nanostructures in the presence of disorder with or without spin-orbit coupling. We used effective models for the adatom adsorption, and Landauer formalism for calculating the conductance of the various proposed systems. For this, we obtained analytically the Green’s functions of semi-infinite graphene nanoribbons with armchair edge, which served as contacts for samples with defects and adatom adsorbed. The Green’s functions of the central conductors were obtained either by direct inversion of the Hamiltonian as recursively. The latter method optimizes the numerical calculation and enables it to relatively large samples, with thousands of atoms. We studied the effects of a single adatom which typically adsorbs on top of a carbon on the transport properties, and we investigated the implications of a distribution of adatom which adsorb on the center of the hexagon e can induce spin-orbit coupling in graphene nanoribbons. Further we examined the consequences of edge constrictions in nanoribbons. We obtained the spatial distribution of electric current through the central device, which allows us a better visualization of the effects of these imperfections and doping. When the spin-orbit coupling becomes relevant, the spatial distribution of current for each spin direction reveals how the current is redistributed in the strip and what is your spin polarization degree. In particular, we showed that, associated with the first conductance plateau energy, electric current flows through the edges of the strip with full spin polarization (each edge polarized in one direction). This behaviour is similar to those of the topological insulators, and has great potential for use in future technologies.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:https://app.uff.br/riuff:1/3333 |
| Date | 12 April 2017 |
| Creators | Santos, Flaviano José dos |
| Contributors | Muniz, Roberto Bechara |
| Publisher | Niterói |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFF, instname:Universidade Federal Fluminense, instacron:UFF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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