20200

۲۰۲۰۰

تحليل و بررسي زمان هاي تونل زني درنگ و رسانش هاي وابسته به اسپين در سد هاي كوانتومي فسفرين

دكتري

ﻓﻴﺰﻳﮏ ﺣﺎﻟﺖ ﺟﺎﻣﺪ

۹۲-۹۷

۱۳۹۷/۱۱/۰۸

دكتر سيد ادريس فيض آبادي

فيزيك

در سال هاي اخير بررسي خواص ترابردي، ساز و كار هاي تونل و به خصوص زمان هاي تونل زني در عبور از سد هاي پتانسيل مبتني بر ساختار هاي دو بعدي نظير گرافين و سيليسين مورد اهميت ويژه اي قرار گرفته است. اما گاف صفر گرافين و محدوديت جانشاني سيليسين بر روي زير لايه ي فلزي، كاربرد اين دو ماده را در مدار هاي نانو الكترونيكي محدود مي كند. اما فسفورين به عنوان يك نيم رسانا با تحرك بالاي حامل ها، گاف نواري قابل تنظيم و خواص ناهمسانگردي بالا مي تواند كانديد مناسبي در استفاده در تكنولوژي نيم رسانا باشد. ما در اين رساله با استفاده از تقريب تنگ بست عبور شبه الكترون ها را از سد پتانسيل مبتني بر ساختار تك لايه ي فسفورين در حضور بر هم كنش تبادلي، بررسي كرده ايم. ما با يافتن توابع موج شبه اسپينوري در نواحي داخل و خارج سد پتانسيل، عبارات تحليلي، فشرده و دقيقي براي نرخ عبور و باز تاب،زمان درنگ در سد و نيز رسانندگي سيستم ارائه كرده ايم. همچنين در يك بررسي ديگر توسط نظريه ي 4 نواري مبتني بر مدل تنگ بست، ترابرد الكتروني،رسانندگي و زمان درنگ در سد پتانسيل را در ساختار فسفورين دولايه بررسي كرده ايم. نتايج ما نشان مي دهد كه براي تك لايه ي فسفورين، در انرژي هاي بيشتر از ارتفاع سد، به ازاي محدوده ي وسيعي از زواياي فرود بر سد، نرخ عبور كامل است (سد شفاف است). همچنين ما نشان داده ايم كه اسپين ذره علاوه بر پارامتر هاي قابل تنظيمي مانند ضخامت سد، انرژي فرودي و ارتفاع سد، نقش مهمي در زمان تونل زني در سيستم دارد. همچنين حاصل تحقيق ما براي فسفورين دولايه بيان گر آن است كه با اعمال يك باياس القايي بين لايه اي مي توان شاهد پديده هاي جديدي مانند تونل زني آنتي – كلين در عبور از سد پتانسيل بود. از طرفي محاسبات ما نشان مي دهد كه با تنظيم اين باياس مي توان شاهد ظهور و يا حذف اين اثر در باياس هاي مشخصي بود. از طرف ديگر وجود اين باياس باعث ظهور 8 كميت عبور و بازتاب (به جاي 2 كميت عبور و بازتاب در تقريب دو نواري) در سيستم مي شود. علاوه بر اين ما ثابت كرده ايم كه با تنظيم باياس بين لايه اي، مي توان با دقت بالايي رسانندگي سيستم را كنترل كرده و زمان تونل زني از سد را تغيير دهيم. ما نشان داده ايم كه در حالت باياس صفر، يك نظريه ي دو نواري (مانند حالت فسفورن تك لايه) براي توصيف ويژگي هاي ترابردي سيستم كافي است. ما در سراسر اين تحقيق مقايسه ي جامعي را بين خواص ترابردي و زمان درنگ، بين فسفورين و گرافين انجام داده ايم.

1397/12/21

Investigation of Dwell time and spin-dependent transportation through quantum barriers in phosphorene

3/12/2019 12:00:00 AM

In recent years, investigation of transport properties, tunneling procedures and specially tunneling times through potential barriers based on two-dimensional materials such as graphene and silicene have been widely concerned. But, limitation of zero band gap of graphene and being synthesized on metal substrates of silicene, has restricted using of them in nano-electronic circuits. Phosphorene as a semiconductor with high carrier mobility, tunable band gap and anisotropic properties could be a proper candidate for using in semiconductor technology. In this thesis, we have studied transmitting of pseudo-electrons through potential barrier based on monolayer phosphorene in presence of exchange interaction. We have computed the spinor wave functions of pseudo-electrons for inside and outside regions of barrier and presented a compact and exact analytical expression for transmission and reflection rates, dwell time and conductance in system. Also, in another investigation, we have probed based on a tight-binding approximation, electron transportation, conductance and dwell time for bilayer phosphorene in a four band model. Our results for monolayer phosphorene show that the barrier is transparent for incident particles for a wide range of incident angles in energies higher than barrier height. Furthermore, we have showed that the spin of particles has an important role in tunneling time as well as barrier thickness, incident energy and barrier height. Our investigation for bilayer phosphorene demonstrate that by applying an induced external bias between two layers we can observe new effects such as anti-Klein phenomenon. On the other hand, our calculations show that we can observe appearing and removal of this phenomenon via tuning the bias. The existence of this bias leads to appearing 4 transmission and reflection rate parameter (instead of 2 parameter in two band approximation) in system. We have indicated that with tuning the bias, exact controlling of the conductance and changing of tunneling time in the system would be possible. We found that for zero bias, a two band model for describing the transport properties of the system is enough. We have comprehensively compared between the transport characteristics and dwell time of phsphorene and graphene in all over of our thesis.