Simulating impurities and edges in graphene

Julkaisun otsikon käännös: Grafeenin epäpuhtauksien ja reunojen mallintaminen

Mikko Ervasti

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Grafeeni on hiilen kaksiulotteinen muoto. Sen rakenteellisen vahvuuden sekä hyvän sähkön- ja lämmönjohtavuuden ansiosta sille on esitetty monia mahdollisia sovelluskohteita esimerkiksi nanoelektroniikassa. Grafeenin käyttö transistoreissa kuitenkin vaatisi äärellisen energia-aukon, joka saadaan leikkaamalla grafeenia nauhoiksi. Grafeenin elektronirakenne ja kuljetusominaisuudet riippuvat hilavirheistä, kuten vakansseista, epäpuhtauksista ja raerajoista. Epäpuhtauksiin ja reunohin liittyvät tilat voivat olla magneettisia, mitä voisi hyödyntää spintroniikan sovelluksissa. Tässä väitöskirjassa grafeenin epäpuhtauksia ja reunoja on tutkittu laskennallisilla menetelmillä. Osa tutkimuksesta on tehty yhteistyössä kokeellisten ryhmien kanssa. Tietokonesimulaatiot liittävät teorian ja kokeet toisiinsa ja auttavat kokeellisten mittausten tulkinnassa. Työssä on käytetty tiukan sidoksen mallia, eksaktia diagonalisointia ja tiheysfunktionaaliteoriaa, joista kirjoittaja on toteuttanut kaksi ensimmäiseksi mainittua. Eksaktia diagonalisointia on sovellettu muun muassa kaksiulotteisten kvanttipisteiden korrelaatioenergian sekä vaihto- ja korrelaatiofunktionaalien vertailukohtana, kolmiulotteisten kvanttipisteiden elektroni-positroni-annihilaation mallinnukseen, sekä äärellisten grafeeninauhojen monen kappaleen ominaisuuksien laskemiseen. Tutkimus paljastaa tietoa grafeenin elektronirakenteesta ja magneettisista ominaisuuksista. Tiheysfunktionaaliteoriaa soveltamalla on laskettu erilaisten pii- ja pii-typpi -epäpuhtauksien muodostumisenergioita, jotta matalaenergiset rakenteet voidaan tunnistaa. Tiukan sidoksen malliin sovittamalla voidaan määrittää kuljetusominaisuuksille tunnusomaiset piirteet todenmukaisissa epäjärjestyneissä systeemeissä. Tämän lisäksi magneettisten vetyatomien muodostamien epäpuhtauksien on osoitettu sirottavan elektronin spiniä voimakkaasti, erityisesti jos epäpuhtaustilojen spinit osoittavat eri suuntiin. Tunnelointimikroskoopilla mitattiin hyvin pieniä energia-aukkoja ohuille grafeeninauhoille, ja mittauksia mallintavat laskut olivat sopusoinnussa mittaustulosten kanssa. Grafeenin ja boorinitridin rajapintojen tarkka atomirakenne määritettiin simulaatioiden avulla, ja rajapinnoille näytettiin muodostuvan samankaltaisia reunatiloja kuin grafeenissakin. Työn teoreettiset ja laskennalliset tulokset edistävät grafeeniin pohjautuvia sovelluksia.
Julkaisun otsikon käännösGrafeenin epäpuhtauksien ja reunojen mallintaminen
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Nieminen, Risto, Vastuuprofessori
  • Harju, Ari, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-6853-4
Sähköinen ISBN978-952-60-6854-1
TilaJulkaistu - 2016
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • grafeeni
  • epäpuhtaus
  • reuna
  • nauha
  • eksakti diagonalisointi
  • tiheysfunktionaaliteoria

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Grafeenin epäpuhtauksien ja reunojen mallintaminen'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä