توضیحات

عنوان فارسی: مدل مغناطیسی بسیار بزرگ دستگاه های گرافن nanoribbon

عنوان انگلیسی:

Modelling very large magnetoresistance of graphene nanoribbon devices

چکیده

ما یک مقاومت مغناطیسی خیلی بزرگ و قابل تنظیم را در یک ترانزیستور بدون مهندسی ساخت کانتکت های فرومغناطیسی مدل سازی میکنیم. مقاومت مغناطیسی بالای نزدیک به 100% در دمای پایین و نزدیک به 50% در درمای اتاق بدست میآید. ما نشان میدهیم نسبت مقاومت مغناطیسی را میتوان طبق آزمایشات اخیر با استفاده از میدان الکتریکی مرسوم بیشتر تنظیم کرد. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که مقاومت مغناطیسی بزرگ درون نانو نوارهای گرافنی ناشی از کاهش بند گپِ نانو نوارهای گرافنی در حضور میدان مغناطیسی اعمال شده به صفراُمین سطح لاندائو در گرافن مرتبط است. جالب است که در دستگاهی واقعیتر و با لبهی سختتر، نسبت مقاومت مغناطیسی کاسته نمی شود بلکه تا حدودی افزایش مییابد که این پدیده توسط جداسازی فاصلهای القایی میدان مغناطیسی حالت گذار رخ میدهد. مقاومت مغناطیسی بزرگ و قابل تنظیم نانو نوارهای گرافنی که نسبت به لبه های سخت مقاوم هستند، در کاربرد دیوایس ها جالب به نظر میآیند.

مقدمه

گرافن- یک ورقهی کربنی دو بعدی- مطالعات جالب و گوناگونی را به سبب ویژگیهای فیزیکی قابل توجه اش جلب کرده است. چندین کاربرد آن نشان داده و پیشنهاد شده است. [1-4] به علاوه، مزیت دیگر گرافن امکان الگوسازی GNR [5-8] است که از طریق محدودیت کوانتوم، یک بندگپ را آشکار می کند و از این جهت رفتاری نیمه رسانا بدست میآورد. الگو سازی GNR منجر به مطالعات گوناگونی در زمینهی ویژگی های انتقال و مغناطیسی GNR شده است. [9-18] علاوه بر این محدودیت کوانتوم، حرکات الکترون در یک GNR می تواند با اعمال یک میدان مغناطیسی عمودی بیرونی محدودتر شود. هرچقدر میدان مغناطیسی افزایش مییابد شعاع سیکلوترونی الکترون کاهش مییابد. وقتی که شعاع با عرض GNR قابل مقایسه و برابر است سطوح لاندائو تشکیل میشود. در GNR، n=0 LL به طور یکسان توسط الکترونها و حفرهها تقسیم می شود و در انرژی E=0 باقی میماند. [19-20] ولی در میدان مغناطیسی کوچکتر، یعنی وقتی که شعاع سیکلوترونی الکترون خیلی بزرگتر از عرض GNR است، بندگپ یک GNR نیمه رسانا، کاهش می یابد؛ زیرا پایینترین باند هدایت و بالاترین باند ظرفیت بسیار به یکدیگر نزدیک میشوند و به سمت E=0 می روند. [17-18] تغییر در بندگپ، رسانا بودن GNR را در انرژی پایینی، افزایش میدهد که تغییرات رسانایی ای که در آن پدید آمده است اثر MRرا در GNR افزایش میدهد. پیشتر اثر MR در متد گرافنی در بسیاری از مطالعات نظری وتجربی کاوش شده است. [21-26] هرچند در این مطالعات، MR توسط گرایش نسبی کانتکت های S/D فرومغناطیسی به دست آمده است. مطالعات تجربی اخیری توسط J.Bai و دیگران، اثر MR را در یک GNR-FET بدون هیچ مهندسی ساختگی اتصالات FM نشان داده است. J.Bai و دیگران نشان دادند که علاوه بر ولتاژ گیت، جریان S/D در یک GNR-FET را میتوان با استفاده از میدان مغناطیسی تنظیم کرد. در این مقاله، ما از متد پیوند سخت پی-اوربیتال استفاده میکنیم تا یک GNR- FETرا مدلسازی کنیم. ما یک MR خیلی بزرگ بدست میآوریم که توسط ولتاژ گیت و میدان مغناطیسی قابل تنظیم است که با آزمایش اخیر در ریفرنس 27 مطابقت دارد. نتایج شبیه سازی توضیح واضحی برای MR خیلی بزرگ از GNR ها به علت تشکیل صفراُمین سطح لاندائو تحت میدان مغناطیسی اعمال شده فراهم میآورد.

توجه: