Electronic Properties of Graphene Heterostructures with Hexagonal Crystals

دهه گذشته شاهد کشف و پیشرفت چشمگیر در درک فیزیک گرافن و مواد دو بعدی مرتبط بوده است. توسعه روش‌هایی برای ساخت و تراز کردن کریستال‌های دو بعدی با کیفیت بالا، ایجاد نسل جدیدی از مواد را تسهیل کرده است: ساختارهای ناهمگن گرافن با کریستال‌های شش ضلعی، که در آن الکترون‌های گرافن ویژگی‌های جدید و کیفی متفاوتی به دست می‌آورند. این پایان نامه یک چارچوب نظری جامع را ارائه می دهد که در آن برای درک این ساختارهای ناهمگون، بر اساس مدل اتصال محکم، نظریه اغتشاش، نظریه گروه و مفهوم ابرشبکه مویر (که همه آنها توضیح داده شده اند) ارائه می دهد. توضیح می‌دهد که چگونه ساختارهای ناهمسان گرافن فرصت‌های جدیدی را برای تنظیم ساختار نواری فراهم می‌کنند، مانند ایجاد نقاط دیراک اضافی یا باز کردن شکاف‌های نواری و اینکه چگونه خود را در اندازه‌گیری‌های انتقال، طیف‌های جذب نوری و طیف‌های Hofstadter فراکتال نشان می‌دهند. همچنین ساختارهای ناهمگون گرافن دولایه و تونل زنی تشدید در دستگاه های گرافن/عایق/گرافن تراز شده در نظر گرفته شده است.

The last decade has witnessed the discovery of, and dramatic progress in understanding the physics of graphene and related two-dimensional materials. The development of methods for manufacturing and aligning high-quality two-dimensional crystals has facilitated the creation of a new generation of materials: the heterostructures of graphene with hexagonal crystals, in which the graphene electrons acquire new, qualitatively different properties. This thesis provides a comprehensive theoretical framework in which to understand these heterostructures, based on the tight binding model, perturbation theory, group theory and the concept of the moire superlattice (all of which are elucidated). It explains how graphene heterostructures provide new opportunities for tailoring band structure, such as creating additional Dirac points or opening band gaps and how they manifest themselves in transport measurements, optical absorption spectra and the fractal Hofstadter spectra. Also considered are the heterostructures of bilayer graphene and resonant tunneling in aligned graphene/insulator/graphene devices.