Symulacje transportu kwantowego w układach grafenowych ze
złączami n-p
W grafenie ze względu na brak przerwy energetycznej możliwe jest kontrolowanie typu przewodnictwa (elektronowego lub dziurowego) poprzez zewnętrzne potencjały elektrostatyczne. Cecha ta pozwala na wytwarzanie w złącz n-p przez zewnętrzne bramki. Opis teoretyczny zachowania nośników ładunku na złączach oraz jego konsekwencje dla własności elektrycznych próbki jest głównym przedmiotem tej rozprawy. W szczególności rozważane są złącza n-p indukowane z wykorzystaniem metody mikroskopii bramki skanującej (ang. scanning gate microscopy, SGM). Technika ta polega na wprowadzeniu do układu zewnętrznego, lokalnego potencjału poprzez zbliżenie do powierzchni próbki naładowanego ostrza mikroskopu sił atomowych (ang. atomie force microscope, AFM) i pomiarze zmian przewodności w funkcji położenia ostrza. Ze względu na występujące w grafenie tunelowanie Kleina odpowiedź układu na zaburzenie potencjału wprowadzone techniką SGM ma inne konsekwencje niż w nanostrukturach półprzewodnikowych typu III-V. Określamy możliwości mapowania gęstości elektronów w grafenie przy pomocy techniki sondy skanującej. Rozważamy także złącza n-p w polu magnetycznym. W ujęciu klasycznym siła Lorentza działająca na nośniki po obu stronach złącza powoduje powstanie orbit wężowych, tak iż złącze działa jak falowód dla nośników ładunku. Własność ta pozwala na kontrolę przepływu prądu poprzez zastosowanie bramek indukujących określony profil potencjału. Badamy interferometr Halla oparty na złączu n-p indukowanym przez ostrze SGM. Opisujemy także kwantowy kontakt punktowy oparty na złączach n-p-n z modulowanym przestrzennie współczynnikiem zapełnienia.
Simulations of quantum transport in graphene systems with n-p
junctions
In graphene it is possible to control the conduction type by external electrostatic potentials. It enables inducing n-p junctions with external gates. A theoretical description of the carriers behavior in n-p junctions is the main subject of this thesis. We consider in particular n-p junctions induced by scanning gate microscopy (SGM) method. In this technique a tip of an atomic force microscope is scanned over the sample while measuring the conductance as a function of the tip position. Due to Klein tunneling in graphene, the system reacts to the tip potential in a different way than in III-V semiconductor nanostructures. We determine the possibility to image the electron density in graphene with SGM method. We consider also n-p junctions in magnetic field. Semiclassically, carriers on both sides of the n-p junction experience Lorentz force that is opposite for electrons and holes, and gives rise to snake orbits. The junctions acts as a waveguide for carriers. This property allows for a control of the current trajectory by external gates. We study a Hall interferometer based on a n-p junction induced by SGM tip. We study also a quantum point contact with filling factor spacially modulated by gates.
