22348

مطالعه عبور الكترون از سدهاي پتانسيلي واقع بر ساختارهاي گرافني تك لايه

كارشناسي ارشد

حالت جامد و ماده چگال

1396

1399/4/7

دكتر سيد ادريس فيض آبادي

فيزيك

كربن ماده اوليه زندگي و پايه اي براي شيمي تمام موجودات زنده محسوب مي شود. تنوع و انعطاف پيوند هاي كربن باعث شده تا تعداد نامحدودي از ساختارهاي مختلف با خصوصيات فيزيكي كاملاً متفاوتي از اين عنصر در طبيعت وجود داشته باشند. يك از اين ساختارها كه به صورت لايه اي از اتمهاي كربن در يك شبكه شش وجهي ارايش يافته، گرافن است. كشف گرافن 60 سال طول كشيد تا از پيش بيني هاي بحث برانگيز به كشف موفقيت آميز گرافن از گرافيت برسد. بخاطري كه باور فيزيكدانان بر آن بود كه نمي تواند يك ساختار كاملاً دوبعدي پايدار(يك تك لايه از اتم ها) ساخته شود، و تئوري مرمن واگنر با وجود يك تك لايه اي از اتم ها مخالف بود. تئوري مرمن واگنر نشان مي دهد كه انقباض سطح باعث نابود شدن نظم بلند برد بلورهاي دو بعدي مي شود. در سال 2004 پژوهشگران دانشگاه منچستر به سرپرستي گيم و نووسلوف موفق به توليد گرافن در آزمايشگاه شدند. گرافن، اولين نمونة بلور دو بعدي واقعي است، كه تنها شامل يك لايه از اتمهاي كربن است. اينكه گرافن يك نيمه رساناي بدون گاف انرژي با خواص الكتروني منحصر به فرد است، پيامد اين حقيقت است كه حامل هاي بار در گرافن از يك رابطه پاشندگي خطي تبيعت مي كنند بنا بر اين الكترونها در گرافن مانند ذرات نسبيتي بدون جرم رفتار مي كنند. و معادله حاكم بر رفتار شبه ذرات درون گرافن با تقريب بسيار خوبي معادله نسبيتي ديراك است. اين نتايج منجر به بروز خواص فوق العاده ويژه اي در گرافن مي شود مانند اثر كوانتومي غير عادي هال و عدم جايگذيدگي و همچنين ميان فيزيك ماده چگال والكتروديناميك كوانتومي پلي برقرار مي كند. فرميون هاي ديراك مي توانند در سدهاي عريض و طويل الكتروستاتيك، با احتمال نفوذ بالا، نفوذ كنند، در اين تحقيق نشان داده مي شود كه فرميون هاي بي جرم ديراك مي توانند از سدهاي رد شود بدون اين كه سد ببيند. در زواياي مختلف احتمال عبور از سد بررسي مي شود.

1399/05/29

Study of electron transmission through barriers located on single-layer Graphene structures

8/19/2020 12:00:00 AM

Carbon was one of the first elements known to humans and is the material prima for life and the basis of all organic chemistry. Because of the flexibility of its bonding, Carbon-based systems show an unlimited number of different structure with an equally large variety of physical properties, these physical properties are, in great part, the result of the dimensionality of these structures. Among systems with only Carbon atoms, Graphene a two dimensional (2D) allotrope of Carbon plays an important role since it is the basis for the understanding of the electronic properties in other allotropes. Graphene is made out of carbon atoms arranged on a honeycomb structure made out of hexagons. Fullerenes are molecules where Carbon atoms are arranged spherically, and hence, from the physical point of view, are zero-dimensional objects with discrete energy states. Fullerenes can be thought of as wrapped-up Graphene. Carbon nanotubes are obtained by rolling Graphene along a given direction and reconnecting the Carbon bonds and can be thought of as one dimensional (1D) objects. Diamond and Graphite are both three dimensional (3D) crystalline forms of the element carbon. The discovery of Graphene took 60 years to go from controversial predictions to successful cleavage of Graphene from graphite. Finally, in 2004, researchers at the University of Manchester, led by Game and Novoslov, succeeded in producing Graphene in a laboratory. Graphene is the first truly two-dimensional crystal sample, containing only one layer of carbon atoms. That Graphene is a gapless semiconductor with unique electronic properties, the charge carriers in graphene obey a linear dispersion relation. so in the case of graphene energy is directly proportional to momentum, which implies that the charge carriers in the graphene have zero effective mass. and the quasi-particles in graphene obey from Dirac equation. Massless Dirac’s fermions can penetrate wide, long electrostatic barriers with a high probability transmission. This study shows that massless Dirac’s fermions can be transmitted through barriers with probability 1. The behavior of the transmission probability through a barrier depends incident angle is examined.