توضیحات

عنوان فارسی: اثر مقاومت مغناطیسی در نانونوار های گرافنی ناشی از مدوله شدن شکاف انرژی القا شده توسط میدان مغناطیسی

عنوان انگلیسی:

Magnetoresistive effect in graphene nanoribbon due to magnetic field induced band gap modulation

چکیده

مشخصههای الکترونیکی AGNRs در حضور یک میدان مغناطیسی یکنواخت میتواند از حالت نیمه رسانا به رسانا تغییر یابند. در این مقاله، تغییرات شکاف انرژی در حضور یک میدان مغناطیسی عمودی یکنواخت را بررسی میکنیم. میدان مغناطیسی اعمال شده سبب نزدیک شدن پایینترین باند هدایت و بالاترین باند ظرفیت میشود و سطح لاندائو n=0 را ایجاد میکند که از این اثر در بهدست آوردن یک مقاومت مغناطیسی استفاده میکنیم. این مقاومت مغناطیسی با استفاده از هیچ نوع هدایت فرومغناطیسی عملی گردیده است. AGNRs با تغییر میزان رسانایی، درصد بالاتری از مقاومت مغناطیسی را در بایاس سورس-درین نشان میدهند. با این وجود، مقاومت مغناطیسی، به علت وسعت توزیع تابع فرمی، در دمای بالاتر متوقف میشود. همچنین، اهمیت بایاس سورس-درین را در بهینه سازی مقاومت مغناطیسی بررسی میکنیم. در آخر، تاثیر غیر قابل انتظار حساسیت مغناطیسی دیوایس توسط ناهمواریهای لبهی AGNRs و در نتیجه افزایش میزان مقاومت مغناطیسی را نشان میدهیم.

کلمات کلیدی:بایاس سورس-درین ، سطح لاندائو، شکاف انرژی، مقاومت مغناطیسی، میدان مغناطیسی، ناهمواری لبه

مقدمه

رشد فعالیتهای پژوهشی پیرامون موادی که بر پایهی گرافن هستند و همچنین کاربرد آنها، در چند سال اخیر افزایش چشمگیری داشته است. از کاربردها و مزیتهای گرافن، میتوان موبیلیتی بسیار زیاد حاملها، اثرات جزئی کوانتوم هال، تونل زنی کایرال، تغییرات در شکاف انرژی گرافن و همچینین امکان برش GNR به منظور تحدید شکاف انرژی از طریق تحدید کوانتومی و به دست آوردن رفتاری نیمه رسانا گونه را نام برد. این تنوع، اطلاعات گوناگونی را در خصوص حاملها و ویژگیهای مغناطیسی و نوری نانونوارهای گرافنی آشکار میسازد.

علاوه بر محدودیت کوانتومی، میدان مغناطیسی بیرونی نیز موجب محدودیت میشود که سبب فشار بیشتر بر حرکت الکترونها در GNR میگردد. در میدان مغناطیسی وسیع، شعاع سیکلوترونی الکترونها نسبت به عرض GNR کمتر میشود و این امر موجب تشکیل سطوح لاندائو میگردد. یکی از ویژگیهای جالب گرافن و GNRs در سطح لاندائوی صفر (n=0 LL) است که این مساله بر خلاف حالتهای دیگری از مواد است. به طور مثال، در مواد گرافنی دوبعدی (2D)، با تغییر میدان مغناطیسی، فواصل تمامی باندهای هدایت و ظرفیت از یکدیگر تغییر میکند. اما در AGNRs و در میدان مغناطیسی کوچکتر، زمانی که شعاع سیکلوترونی الکترونها نسبت به عرض GNR بزرگتر است، مشاهده شده بود که شکاف انرژی AGNRs کاهش یافته است. این رخداد به دلیل تغییر جهت و نزدیک شدن بالاترین باند ظرفیت و پایین ترین باند هدایت است که سرانجام در نفطه ای به یکدیگر متصل میشوند که به آن نقطه، سطح صفراُم از سطوح لاندائو میگویند. به دلیل کاهش فاصله ی این دو باند از یکدیگر، مشخصه ی الکترونیکی AGNRs به طور قابل توجه ای از طریق اعمال میدان مغناطیسی میتواند تغییر کنند.

در سالهای گذشته اثرات مقاومت مغناطیسی (MR) در ساختارهایی که بر پایهی گرافن هستند، به طور نظری و آزمایش، مورد بررسی قرار گرفته اند. در تمامی مطالعات پیشین اثر مقاومت مغناطیسی از طریق تغییر جهت های مغناطیسی در اتصالات فرومغناطیسی راست و چپ ایجاد شده بود. اما در اینجا، تمرکز ما بر مشاهدهی اثر یک مقاومت مغناطیسی از طریق کاهش شکاف انرژی در حضور میدان مغناطیسی خواهد بود.ما اثر MR را در AGNRs مورد بررسی قرار دادیم و وابستگی آن را به دما ( ) و ولتاژ بایاس سورس-درین (( محاسبه کردیم. همچنین متوجه شدیم که با استفاده از اثر ذاتی AGNRs میتوان میزان MR زیاد را در حضور (( مناسب، حتی بدون کانتکت های FM فراهم ساخت. علاوه بر این، اثر ناهمواری لبه (ER)را در حامل بار و میزان حساسیت مغناطیسی دیوایس مطالعه میکنیم و این مساله در حالی است که اجتناب از ER نامطلوب، در ساخت دقیق و استفاده از نانو ساختارهای گرافنی، چالش بزرگی است. ما پی بردیم که ER میتواند موجب افزایش شکاف انرژی AGNRs و سبب بهبود و افزایش حساسیت مغناطیسی دیوایس و در نتیجه افزایش MR شود. نکته اینکه در این مقاله تغییر در شکاف انرژی، تنها نتیجه ی حضور و اعمال میدان مغناطیسی میباشد.