کنترل امواج الکترونی در گرافین

بعد از پیدایش مکانیک کوانتومی و مشاهده ی ماهیت دوگانه موجی-ذره ای برای موجودات کوانتومی، تشابه میان الکترونها و فوتون ها در دو سطح کلاسیکی و کوانتومی مورد توجه قرار گرفت. در واقع مشاهده شد که رفتار پرتوهای الکترونی مانند پرتوهای نوری در اپتیک هندسی بوده و رفتار کوانتومی آنها به دلیل تابعیت از معادله ی موجی شرودینگر مانند امواج الکترومغناطیسی است. در دهه های اخیر شباهت الکترونها و نور نه تنها در خلأ بلکه در داخل محیط های حالت جامد و به ویژه ساختارهای نیم رسانا و گاز الکترونی دوبعدی مورد بررسی قرار گرفته است. در بین سیستم های حالت جامد و ساختارهای الکترونی، گرافین یک تک لایه ی اتمی از کربن با ساختار لانه زنبوری است، که بدلیل طیف شبه نسبیتی و کیفیت بالای الکترونیکی آن در سالهای اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است. ویژگیهای ممتاز مکانیکی، شیمیایی و اپتیکی آن نیز بر اهمیتش افزوده است. طیف خاص و رفتار نسبیتی شبه ذرات موجب می شود که ویژگیهای ترمودینامیکی و ترابردی گرافین ممتاز و گاه منحصربه فرد باشد. این موضوع تا کنون در پدیده های ترابردی چون اثر کوانتومی هال، افت و خیزهای جریان و رسانش الکترونیکی آشکارا مشاهده شده است. قسمت عمده کار ما مربوط به کنترل امواج الکترونی در اتصالات گرافینی می باشد که به زمینه ی موسوم به اپتیک الکترونی مربوط می شود. برخلاف ساختارهای متناظر در نیم رساناهای الکترونی معمولی، در ساختارهای گرافینی مانند اتصالات p­n می توان با استفاده از روشهای کنترلی، مسیر امواج الکترونی را تغییر داد. دلیل عمده برای این منظور، کیفیت بالای الکترونی گرافین است که باعث می شود بعنوان یک دستگاه خوب برای ترابرد الکترونی همدوس و بالستیک در نظر گرفته شود. ابزار متفاوتی برای کنترل شارش الکترونی در گرافین وجود دارد، اعمال میدانهای الکتریکی و مغناطیسی و همچنین تغییر شکل های الاستیک که منجر به میدان های پیمانه ای در تشابه با خواص پتانسیل های برداری معمول می شوند، از آن جمله اند. برا ی این منظور، ما ابتدا تناظر بین پدیده های شناخته شده در اپتیک با ترابرد الکترونی در ساختارهای گرافینی متفاوت را نشان می دهیم و سپس خواص کلی شارش الکترون در گرافین، در حضور میدان های الکترومغناطیسی و تغییر شکل های الاستیک را بررسی می کنیم.