23303

طراحي ترانزيستور اثر ميدان توپولوژيكي

كارشناسي ارشد

حالت جامد و ماده چگال

1399/11/15

دكتر مهدي اسماعيل زاده - دكتر حسين چراغچي

فيزيك

در اين رساله نوعي ترانزيستور دو بعدي اثر ميدان، با استفاده از برشي از يك لايه نازك عايق توپولوژيك براي مثال، بيسموت سلنايد در ابعاد نانومتري طراحي شده است. در ابتدا هاميلتوني ماده مورد نظر به همراه متغير هاي مربوطه براي انجام انواع محاسبات معرفي شده و سپس براي ساده سازي، ماده به صورت يك شبكه مربعي گسسته در نظر گرفته شده است. پس از معرفي هاميلتوني بر اين اساس، فازهاي مختلف ماده با استفاده از عدد چرن، و ساختار نواري بر اساس پتانسيل عدم تقارن معكوس ساختاري، مورد بررسي قرار گرفته است. در مبحث بعد با استفاده از روش گرين، رسانش نانو نوار در فاز توپولوژيكي محاسبه شده و پس از آن نيز به محاسبه جريان هاي پيوندي براي مشاهده كانال هاي رسانشي لبه اي پرداخته ايم. سپس به محاسبه رسانش و جريان هاي پيوندي در حضور سد پتانسيل پرداخته شده و بعد از آن نيز تاثير پهناي سد بر اين دو مشخصه بررسي شده است. اثر ابعاد محدود در اندازه هاي مختلف بررسي شده و با استفاده از آن به ايجاد سد در ترانزيستور توپولوژيك مورد هدف مقاله پرداخته ايم. در بخش آخر نيز حالت قطع ترانزيستور با استفاده از دو روش سد با پتانسيل عدم تقارن معكوس ساختاري و مغناطش پادموازي به صورت ابعاد محدود بدست آمده و در نهايت حالت وصل نيز با پيشنهاد اعمال ميدان الكتريكي عرضي به موازاي صفحه، بر نانو نوار تحقق يافته است. در انتها نيز ترابرد نانو نوار توپولوژيكي در حضور ناخالصي هاي مغناطيسي و غير مغناطيسي بررسي شده است.

1399/12/27

Field-effect topological transistor

2/4/2022 12:00:00 AM

In this thesis, we have introduced two dimentional topological insulator based on transverse Electric field and finite size effect. First, we explained about quantoum Hall effect family as an introduction to topological insulators and showed how current could be calculated by landauer-Butiker formula & Non-equilibirium Green function. Also by using bond current, we could exactly see how current flows through edge modes located in the edge of ribbon. We investigated reaching to different topological phases such as trivial or non-trivial phases by structural inversion asymmetry potential and found that how to create potential barrier by them and reach zero conductance، which is equivalent to off-state. The other method for reaching to zero conductance was using a dam with antiparallel magnetization in the absence of structural inversion asymmetry. That was because electron can’t pass from bands with opposite chiralities. By introducing finite size effect, we knew about coupling edge modes when they are closing together and saw the small induced gap in band structure would be increased if thichness or width of barrier decreases. Finally, by applying a transverse in-plane Electric-field، we could reach the on-state in both δVSIA and anti-parallel magnetization barriers. that was because the fermi energy of incident electrons lied inside the gap indused by finite size effect in the former case and corresponding of bands with the same chiralities in all parts of sample in the latter one. Finally، we investigated bond currents in the presence of magnetic & non-magnetic impurities.