Charge and Spin Transport in Disordered Graphene-Based Materials

این پایان نامه یک تحلیل نظری عمیق از خواص انتقال بار و اسپین در اشکال پیچیده گرافن بی نظم ارائه می کند. این روش بر روش‌های محاسباتی فضای واقعی مبتکرانه برای انتشار بسته‌های موج الکترونیکی وابسته به زمان تکیه دارد. ابتدا یک قانون پوسته پوسته شدن جهانی از مسیر آزاد متوسط ​​الاستیک در مقابل اندازه دانه متوسط ​​برای مورفولوژی های چند کریستالی پیش بینی می شود، و تحرک بار تا 300.000 cm2/V.s برای اندازه دانه 1 میکرون تعیین می شود، در حالی که غشاء گرافن آمورف نشان داده شده است که مانند آندرسون رفتار می کنند. عایق ها یک مکانیسم بی‌سابقه آرام‌سازی چرخش، منحصر به فرد گرافن و هدایت شده توسط درهم‌تنیدگی اسپین/کاذب اسپین، در حضور اندرکنش ضعیف مدار اسپین (ناخالصی‌های طلا ad-اتم) همراه با پیش‌بینی یک متقاطع از یک اسپین کوانتومی اثر هال برای چرخش گزارش می‌شود. اثر هال (برای اتم‌های ad-tallium)، بسته به درجه تفکیک سطحی ad-atom و قطر جزیره حاصل.

This thesis presents an in-depth theoretical analysis of charge and spin transport properties in complex forms of disordered graphene. It relies on innovative real space computational methods of the time-dependent spreading of electronic wave packets. First a universal scaling law of the elastic mean free path versus the average grain size is predicted for polycrystalline morphologies, and charge mobilities of up to 300.000 cm2/V.s are determined for 1 micron grain size, while amorphous graphene membranes are shown to behave as Anderson insulators. An unprecedented spin relaxation mechanism, unique to graphene and driven by spin/pseudospin entanglement is then reported in the presence of weak spin-orbit interaction (gold ad-atom impurities) together with the prediction of a crossover from a quantum spin Hall Effect to spin Hall effect (for thallium ad-atoms), depending on the degree of surface ad-atom segregation and the resulting island diameter.