Geri Dön

Electronic structure of graphene under the influence of external fields

Grafenin elektronik yapısının dış alanların etkisi altında incelenmesi

  1. Tez No: 313547
  2. Yazar: SELCEN İSLAMOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZ GÜLSEREN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 128

Özet

Bu tezde grafenin elektronik yapısının mekanik gerinim veya manyetik alan gibi dış alanların etkisiyle nasıl değiştiği sıkı-bağlanım metoduyla incelenmiştir. Öncelikle grafenin tek eksenli gerinim altında enerji bant açıklığı gösterip göstermediğini inceledik. Literatürden farklı olarak, grafenin bütün bantları(hem ? hem ? bantları) düşünüldüğünde ve ikincil komşu etkileşimleri hesaba katıldığında grafende uygulanan gerinimin fonksiyonu olarak değişen bir bant açıklığı görülmemektedir. Bizim sonuçlarımız bu alandaki önceki çalışmaların sonuçlarını düzeltmektedir. İkinci olarak, grafenin bant yapısını veHall iletkenliğini grafen yüzeyine dik manyetik alanın etkisi altında inceledik. Grafenin manyetik alan altındaki enerji bant yapısını (Hofstadter Kelebeği) tümorbitaller dahilinde gösterdik. Saf grafen için olağan ve kuraldışı, saf kare ağ örgüsü için de olağan tamsayı kuantum Hall etkilerini gözlemledik. Daha sonra, elektronik özelliklerinin sisteme sistematik olarak dahil edilen safsızlıklara göre değişimini çalıştık. Ayrıca, soğuk atom deneylerinde önemli bir yere sahip olan kristal kare ağ örgüsüne ait sonuçları da benzer şekilde elde ettik. Kusurlu grafenve kare ağ örgüsünün manyetik alan altındaki enerji tayfı (Hofstadter Kelebekleri) için, küçük sekme katsayısına sahip kusurlar, yüksek oranda yerel olarak konumlanmış ve sistemin geri kalanından ayrılmış öz-değerlik durumlarına sebebiyetvermektedir. Bu durumlarla ilişkili bantlar E = 0 eV ¸çizgisine yakın olarak biçimlenmiştir. Diğer taraftan, büyük sekme katsayısına sahip kusurlar ise komşu atomlarla yüksek oranda bağlaşıma girmişlerdir. Bu öz-değerlik durumları HofstadterKelebekleri'ni enerji değerlerinin en küçük ve en büyük olduğu bölgelerde değişikliğe uğratmakta ve grafen söz konusu olduğunda özgün kelebekten tamamen ayrılmış iki adet öz-benzeş bant oluşturmaktadır. Ancak, kusur öz-değerlik durumları nedeniyle oluşan bantlar ve bant açıklıkları ikinci derece sekmeye karşıdirençlidir. Hall iletkenliği için de, enerji tayfındaki değişikliklerle uyumlu olarak, küçük sekme katsayısına sahip kusur ve boşluklar kökenli yüksek oranda yerel olarak konumlanmış öz-değerlik durumlarının Hall iletkenliğine katkıda bulunmadıkları soylenebilir. Fakat, görece büyük sekme katsayısına sahip kusur atomları Hall iletkenliğine katkıda bulunan yersizleşmiş yeni öz-değerlik durumlarının oluşmasına neden olmaktadır. Hall iletkenliği hesaplarımızın sonuçları da ikinci derece etkileşimler karşısında kalıcıdır.

Özet (Çeviri)

In this thesis, the electronic structure of graphene under the influence of external fields such as strain or magnetic fields is investigated by using tight-binding method. Firstly, we study graphene for a band gap opening due to uniaxial strain. In contrast to the literature, we find that by considering all the bands (both ? and ? bands) in graphene and including the second nearest neighbor interactions, there is no systematic band gap opening as a function of applied strain. Our results correct the previous works on the subject. Secondly, we examine the bandstructure and Hall conductance of graphene under the influence of perpendicularmagnetic field. For graphene, we demonstrate the energy spectrum in the presence of magnetic field (Hofstadter Butterfly) where all orbitals are included. We recover both the usual and the anomalous integer quantum Hall effects depending on the proximity of the Dirac points for pure graphene and the usualinteger quantum Hall effect for pure square lattice. Then, we explore the evolution of electronic properties when imperfections are introduced systematically to the system. We also demonstrate the results for a square lattice which has adistinct position in cold atom experiments. For the energy spectrum of imperfect graphene and square lattice under magnetic field (Hofstadter Butterflies), we find that impurity atoms with smaller hopping constants result in highly localized states which are decoupled from the rest of the system. The bands associated with these states form close to E = 0 eV line. On the other hand, impurity atoms with higher hopping constants are strongly coupled with the neighboring atoms. These states modify the Hofstadter Butterfly around the minimum and maximum values of the energy and for the case of graphene they form two self-similar bands decoupled from the original butterfly. We also show that the bands and gaps due to the impurity states are robust with respect to the second order hopping. For the Hall conductance, in accordance with energy spectra, the localized states associated to the smaller hopping constant impurities or vacancies donot contribute to Hall conduction. However the higher hopping constant impurities are responsible for new extended states which contribute to Hall conduction. Our results for Hall conduction are also robust with respect to the second order interactions.

Benzer Tezler

  1. Nikel köpüklerin ergimiş KOH içerisinde anodik oksidasyonu ile süperkapasitör uygulamaları için elektroaktif nikel oksit üretimi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of electroactive nickel oxides grown on nickel foam by anodic oxidation in KOH melts for supercapacitor applications

    NAZLI İREM TOKMAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN

  2. Grafen ve grafen benzeri iki boyutlu Dirac malzemelerinde elektronların elektrostatik ve manyetik hapsi

    Electrostatic and magnetic confinement of electrons in graphene and in two dimensional Dirac materials like graphene

    İSMAİL BURAK ATEŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞENGÜL KURU

  3. Ab initio modelling of materials properties for catalytic and device applications

    Katalitik ve aygıt uygulamaları için malzeme özelliklerinin ilk prensip modellenmesi

    MEHMET GÖKHAN ŞENSOY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HANDE TOFFOLİ

    DOÇ. DR. DANIELE TOFFOLI

  4. Graphene conductive inks for an effective textile based respiratory sensor system

    Tekstil esaslı solunum sensör sistemi için grafen iletken mürekkepler

    KIVANÇ ÖZIŞIK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜLYA CEBECİ

  5. Nanoçubuklarda büyük yer değiştirme ve yerel olmayan elastisite teorilerine göre deplasman hesabı

    Calculation of displacements of nanorods according to nonlocal theory of elasticity and large displacement theory

    GÖKHAN GÜÇLÜ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Matematikİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. REHA ARTAN