Grafen nanoşeritlerde elektronik korelasyon etkiler

Abstract

Bu projenin temel amacı grafen nanoşeritlerde elektron etkileşimleri ve farklı türde safsızlıkların sistemin elektronik ve manyetik özellikleri üzerine etkilerini araştırmaktır. Eşsiz manyetik özellikleri ve buna bağlı olarak spintronik alanında kullanılma potansiyelinden dolayı özellikle zikzak kenarlı nanoşeritler üzerine yoğunlaşılmış, sayısal hesaplamalar ortalamaalan ve çok-parçacık teknikleri kullanarak yüksek performanslı bilgisayarlar yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Başlıca üç bölümden oluşan projenin ilk bölümde nanoşeritlerin zikzak kenarlarında elektron yoğunluğuna bağlı Wigner kristalleşmesini inceledik. İlk olarak izole bir zikzak kenar ele alıp, Wigner kristalleşmesinin oldukça yüksek sayılabilecek elektron yoğunluklarında (3/5 kenar doluluk oranında) oluşabildiğini konfigürasyon-etkileşim hesaplamalarıyla gösterdik. Nötr zikzak kenarlarda feromanyetik bir durum oluştuğu bilinen bu yapılarda manyetizmasının da Wigner lokalizasyonuna bağlı olarak salınımlara tabi olduğunu ve komşu elektronların feromanyetik eşleşmeden antiferomanyetik eşleşmeye geçiş yaptığını gösterdik. Ardından, şerit kalınlığına bağlı olarak, zıt kenarlarası etkileşimlerden dolayı 2 nm?den düşük kalınlıklarda Wigner kristalleşmesinin baskılandığını, daha kalın nanoşeritlerde ise hem elektronların hem de deliklerin kristalleşebileceğini gösterdik. İkinici bölümde, rastgele dağılımlı uzun ve kısa erimli safsızlıkların zikzak kenarların manyetik fazlarına olan etkilerini inceledik. Uzun erimli safsızlıkların, güncel deneysel sonuçlarla uyumlu olarak, düzensizlik şiddeti arttıkça sistemin antiferromanyetik durumdan ferromanyetik duruma geçmesine neden olabileceğini gösterdik. Buna karşın, kısa erimli safsızlıkların ise antiferomanyetik fazın kararlılığını arttırdığını gözlemledik. Projenin son bölümünde ise iki manyetik adatom arasındaki spin-spin korelasyonlarının nanoşeritteki konumlarına göre nasıl değiştiğini Hirsch-Fye kuantum Monte Carlo tekniğini kullanarak araştırdık. Altörgü tipi, ve kenar durumlarına uzaklıklarının etkilerinin önemli olduğunu ve genel olarak spin alınganlıklarının kenar durumları tarafından sönümlendirildiklerini gördük. Fakat eğer safsızlıklar kenar atomlarıyla aynı altörgüde bulunuyorlarsa, spin alınganlıklarının kuvvetlenebileceğini de gösterdik.