Electronic structure of graphene under the influence of external fields
Grafenin elektronik yapısının dış alanların etkisi altında incelenmesi
- Tez No: 313547
- Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZ GÜLSEREN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- 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
- 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
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- 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
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞENGÜL KURU
- 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
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANDE TOFFOLİ
DOÇ. DR. DANIELE TOFFOLI
- 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
2024
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜLYA CEBECİ
- 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
2020
Matematikİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REHA ARTAN