XAVIER, L. J. P. Anéis quânticos em mono- e bicamadas de grafeno. 2016. 89 f. Tese (Doutorado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Pós-Graduação em Física (posgrad@fisica.ufc.br) on 2017-04-06T17:23:06Z
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Previous issue date: 2016 / One important field of solid-state physics is the investigation of low-dimensional devices, in
which the charge carriers motion is confined in one, two or three dimensions. One important class
of such systems are quantum rings, they are a natural systems to investigate quantum interference
phenomenon in transport properties, Aharonov-Bohm oscillations and persistent currents. On
the other hand, graphene, a planar monolayer of carbon atoms arranged on two-dimensional
hexagonal lattice, exhibits peculiar properties like a pseudo-relativistic charge carriers behavior
nest to the Fermi level and is expected to lead to the development of new devices. In this work,
we studied located states in quantum rings in monolayer and bilayer graphene.
One known that, due a interaction with substrate, monolayer graphene can develop a mass term
in the Dirac-Weyl equation that describes the charge carriers nest to Fermi level. Furthermore,
a mass inversion, obtained through defects on the substrate, can confine charge carriers in
the interface of sign change. We studied a system where the sign inversion happens along a
circle, therefore, forming a ring-like confinement. The electronic dispersion was calculated as a
function of the radius of the circular line defect and the intensity of the mass term induced ether
analytically, by continuous model, or numerically, through tight-binding model. Our analytical
results show very good agreement with the tight-binding ones. Furthermore, the energies levels
are weakly dependent on the intensity of mass term. The states are robust in the presence of
disorder, in the sense that non-magnetic can not break the valley degeneracy and are immune
to backscattering, like topological states. Also was studied the influence of a external magnetic
field and, besides the Aharonov-Bohn oscillations, we found that tunning tha magnetic field, on
can control the ground state valley.
Under a heterogeneously potential bias, one can confine the charge carriers motion in a bilayer
graphene, but, besides the conventional confinement, it is possible to define a topological
confinement, in which the potential bias reverse the sign on the confinement zone. Analogously
to the monolayer ring, we propose a system where that inversion happens in a circular line,
therefore, forming a ring-like confinement in bilayer graphene. The electronic dispersion was
calculated analytically as a function of the radius of the circular line, the intensity of potential
bias and the intensity of a external magnetic field using the continuous model. The states in such
system, similar to the monolayer one, are robust to a non-magnetic disorder and a backscattering. / Um importante campo da pesquisa em física do estado sólido é a investigação de sistemas
de baixa dimensionalidade, nos quais o movimento do portadores de carga está confinado em
uma, duas ou três dimensões. Uma importante classe desses sistemas são os anéis quânticos,
eles formam um sistema natural para a investigação de fenômenos de interferência quântica
e de transportes, como as oscilações de Aharonov-Bohm e correntes persistentes. Por outro
lado, o grafeno, uma folha plana de átomos de carbono disposto em uma rede hexagonal, exibe
propriedades peculiares como o comportamento pseudo-relativístico dos portadores de cargas
próximos do nível de Fermi e espera-se sua aplicação no desenvolvimento de novos dispositivos
eletrônicos. Nesse trabalho, estudamos estados localizados de anéis quânticos em monocamada
e bicamada de grafeno.
Sabe-se que, devido a uma interação com um substrato, uma monocamada de grafeno pode
desenvolver um termo de massa na equação de Dirac-Weyl que descreve o comportamento dos
portadores de carga na proximidade do nível de fermi. Além disso, uma inversão na massa,
obtida através de defeitos no substrato, pode confinar os portadores de carga na interface da
mudança do sinal. Estudamos um sistema em que essa inversão se dá ao longo de uma linha
circular, portanto formando um confinamento anelar. A dispersão eletrônica foi calcula como
função do raio da linha circular e da intensidade do termo de massa induzido tanto analiticamente,
utilizando o modelo contínuo, quanto numericamente, utilizando o modelo tight-binding. Nossos
resultados mostraram uma boa concordância entre os dois modelos. Além disso os níveis de
energia mostraram um comportamento fracamente dependente da intensidade do termo de
massa induzidos. Os estados confinados nesse sistema são robusto em relação a desordens no
sentido que, nenhuma desordem não magnética pode quebrar a degenerescência de vale e os
estados não podem ser retroespalhados, semelhantes a estados topológicos. A influência de um
campo magnético nesse sistema também foi estudada e, além das oscilações de Aharonov-Bohm,
foi observado que controlando o campo magnético pode-se controlar o vale que os estados
pertencem.
Submetendo uma bicamada de grafeno a uma diferença de potencial(ddp) heterogênea pode-se
confinar o movimento dos portadores de carga, porém, além de um confinamento convencional,
há a possibilidade de um confinamento topológico, no qual a ddp aplicada sobre a bicamada
inverte de sinal na região do confinamento. Analogamente ao anel na monocamada, propomos
um sistema em que essa inversão se dá ao longo de uma linha circular, portanto formando
um confinamento anelar em bicamada de grafeno. A dispersão eletrônica foi calcula analiticamente
como função do raio da linha circular, da amplitude da ddp e da intensidade de um
campo magnético externo utilizando o modelo contínuo. Os estados nesse sistema, semelhantes
ao sistema na monocamada, também apresentaram robustez a desordens não magnéticas e a
retroespalhamentos.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufc.br:riufc/22494 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Xavier, Leandro Jader Pitombeira |
| Contributors | Pereira Junior, João Milton |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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