اثر میدان الکتریکی بر خواص الکترونی و مغناطیسی نانودیسک ها و نانوحلقه های گرافینی

در این پایان¬نامه ما به بررسی تاثیر میدان الکتریکی بر کنترل خواص الکترونی، مغناطیسی نانوحلقه¬ها و نانودیسک¬های گرافینی به منظور استفاده در نانوترانزیستورهای وابسته به اسپین می¬پردازیم. با توجه به تنگ بست قوی تک¬نواری و مدل میدان متوسط هابارد، از حل معادله پواسن به منظور در نظر گرفتن اثر میدان الکتریکی(پتانسیل در هر جایگاه اتمی) استفاده کردیم. با در نظرگرفتن میدان¬های الکتریکی متفاوت، خواص الکترونی و مغناطیسی نانو¬ساختارهای مختلف را به منظور استفاده در کانال نانوترانزیستورهای مغناطیسی و طراحی مناسب برای آنها، مورد بررسی قرار می¬دهیم. خواص الکترونی و مغناطیسی ترکیبات پایه کربنی به شدت از هندسه¬ی این ساختارها تاثیر می¬گیرد. لذا ما به بررسی نانودیسک¬های گرافینی تک¬لایه با هندسه¬های مستطیلی، شش ضلعی، مثلثی، نانودیسک¬گرافینی دولایه¬ی مستطیلی و نانوحلقه¬های گرافینی با هندسه¬های شش ضلعی، مثلثی و دایره¬ای با لبه¬های زیگزاگ و آرمچیر می¬پردازیم.اهمیت خواص ویژه¬ی نانوحلقه¬های گرافینی در کوانتش شار آهارانوف-بوهم، ما بر آن داشت تا تمرکز خود را روی خواص الکترونی اثرات تداخلی آهارانوف-بوهم در حضور میدان الکتریکی معطوف کنیم.نتایج نشان می¬دهد که اعمال میدان الکتریکی عرضی حتی در بخش کوچکی از حلقه شش ضلعی، گشتاور مغناطیسی را در تمام اتم¬های لبه زیگزاگ، بصورت متقارن کاهش می¬دهد. بعلاوه حالت¬های اسپینی و الکترونی در ساختارهای نانوحلقه¬ها را می¬توان با استفاده از یک میدان الکتریکی دستکاری کرد. با تغییرات شدت میدان الکتریکی که ناشی از وابستگی چگالی¬های اسپین به شکل¬ها و لبه¬های این نوع از نانوحلقه¬هاست، رفتار واقطبیدگی اسپینی متفاوتی مشاهده شد. در مورد حلقه¬های کوانتومی مثلثی، مغناطش بر روی لبه¬های داخلی و خارجی می¬تواند بصورت انتخابی تنظیم و واقطبیدگی حالت¬های اسپینی به تدریج به اندازه شدت میدان افزایش یابد در حالی که در مورد نانوحلقه¬های شش ضلعی، میدان الکتریکی عرضی گشتاورهای مغناطیسی در هر دو لبه داخلی و خارجی را بصورت متقارن و به سرعت کاهش می¬دهد. هم¬چنین، در ناودیسک¬های گرافینی مستطیلی دولایه جالب توجه است که با افزایش شدت میدان، گاف اسپینی بین دو شاخه اسپینی بطور متفاوت تنظیم می¬شود، اما مغناطش خالص صفر باقی می¬ماند. همچنین برآورد شده است که، میدان الکتریکی عمود، گشتاورهای مغناطیسی را در هر لایه بصورت نامتقارن و متفاوت کاهش می¬دهد. علاوه بر این، نوسانات آهارانوف-بوهم در انواع نانوحلقه¬ها، متاثر از میدان الکتریکی به ویژه نزدیک انرژی فرمی بوده و از این رو کاهش دامنه نوسانات در ساختار نانوحلقه¬ها دیده می¬شود. بطور خلاصه، با انتخاب نحوه¬ای مناسب برای اعمال میدان الکتریکی و تنظیم شدت آن می¬توان خواص مغناطیسی و الکترونی را در نانودیسک¬ها و نانوحلقه¬های گرافینی کنترل نمود.