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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/60557
Type: | Tese |
Title: | Theoretical proposals of graphene-based electronic devices |
Authors: | Araújo, Francisco Ronan Viana |
Advisor: | Pereira Junior, João Milton |
Co-advisor: | Costa, Diego Rabelo da |
Keywords: | Grafeno;Dispositivo eletrônico;Junção p-n;Junção Y;Anel quântico |
Issue Date: | 2021 |
Citation: | Araújo, F. R. V. Theoretical proposals of graphene-based electronic devices. 2021. 127 f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | O grafeno tem sido extensivamente investigado após seu isolamento em 2004 por A. K. Geim e K. S. Novoselov. Devido às suas notáveis propriedades eletrônicas e de transporte, tornou-se um candidato promissor para substituir o silício na produção de transistores de efeito de campo (coração da indústria eletrônica). No entanto, desligar a corrente via potenciais de porta em dispositivos eletrônicos baseados em grafeno pode ser um desafio devido ao tunelamento de Klein. Nos últimos anos, tem havido uma busca expressiva por propostas teóricas e experimentais capazes de modular a corrente, evitando a limitação imposta pelo tunelamento de Klein. Nesse sentido, três dispositivos eletrônicos baseados em nanofitas de grafeno foram investigados nesta Tese, a saber: (i) junção p-n de grafeno que atua como uma lente de Veselago, (ii) junção balística de três terminais de grafeno (junção Y de grafeno), e (iii) anel quântico de grafeno na presença de um campo magnético perpendicular. Simulações numéricas de transporte quântico usando um modelo tight-binding foram realizadas em (i) e (ii). Em (i), foi demonstrado que a aplicação de um campo elétrico no plano ou de um campo magnético perpendicular altera a posição do foco de saída da lente de Veselago, reduzindo a condutância entre os terminais de entrada e de saída. Em (ii), foi encontrado que um potencial de porta aplicado a um dos terminais da junção Y de grafeno pode modular adequadamente a corrente entre o terminal de entrada e os dois terminais de saída. Por fim, em (iii), uma aproximação numérica usando o modelo tight-binding foi comparada a uma abordagem analítica usando o modelo contínuo, a fim de mostrar que a corrente persistente pode ser sintonizada através de um potencial de porta aplicado a um dos braços do anel quântico de grafeno. Os dispositivos eletrônicos apresentados nesta Tese podem se beneficiar da alta mobilidade dos portadores de carga no grafeno e representam propostas teóricas viáveis para o desenvolvimento de transistores de efeito de campo de baixa potência. |
Abstract: | Graphene has been extensively investigated after its isolation in 2004 by A. K. Geim and K. S. Novoselov. Due to its remarkable electronic and transport properties, it has become a promising candidate to replace silicon in the production of field-effect transistors (heart of the electronics industry). However, turning off the current via gate potentials in graphene-based electronic devices can be a challenge due to Klein tunneling. In recent years, there has been an expressive search for theoretical and experimental proposals capable of modulating the current, avoiding the limitation imposed by Klein tunneling. In this sense, three electronic devices based on graphene nanoribbons were investigated in this Thesis, namely: (i) graphene p-n junction that acts as a Veselago lens, (ii) three-terminal ballistic junction of graphene (graphene Y-junction), and (iii) graphene quantum ring in the presence of a perpendicular magnetic field. Numerical simulations of quantum transport using a tight-binding model were performed in (i) and (ii). In (i), it was demonstrated that the application of an in-plane electric field or a perpendicular magnetic field changes the position of the output focus of the Veselago lens, reducing the conductance between the input and output terminals. In (ii), it was found that a gate potential applied to one of the graphene Y-junction terminals can properly modulate the current between the input terminal and the two output terminals. Finally, in (iii), a numerical approximation using the tight-binding model was compared to an analytical approach using the continuum model in order to show that the persistent current can be tuned through a gate potential applied to one of the graphene quantum ring arms. The electronic devices presented in this Thesis can benefit from the high mobility of charge carriers in graphene and represent viable theoretical proposals for the development of low-power field-effect transistors. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60557 |
Appears in Collections: | DFI - Teses defendidas na UFC |
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