Skip to main content
SUPERVISOR
Farhad Shahbazi,Farhad Fazileh
فرهاد شهبازی دستجرده (استاد مشاور) فرهاد فضیله (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Aslani
زهرا اصلانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393

TITLE

Electronic transport properties of monolayer GeSnH2 in its topological phase
Topological insulators (TIs) have attracted a lot of attention in condensed matter physics in recent years. Materials such a conventional insulator have an energy gap in the bulk, but they cannot be linked to the ordinary insulators by adiabatic change without closing the gap. The two-dimensional (2D) TIs (3D TIs) have gapless edge states (surface states), which are topologically protected by time reversal symmetry resulting the robustness against nonmagnetic scattering. Such properties make TIs perfect candidates for low dissipation spintronic devices, magnetic devices, lasers and transistors, and the discovery of topological phase with large energy gap in the bulk as well as their theoretical and empirical understanding have attracted a lot of attention. In addition, the TI phase in some 2D materials can be improved or induced by applying electric feld, strain or functionalization. Our = goal is to use tools such as the Tight-Binding (TB) Approximation to explain and possibly predict interesting behaviors in such materials. Honeycomb structures of group IV elements have been considered as suitable suggestions as 2D TIs. Here we consider hydrogenated germanium-tin monolayer (ML GeSnH2), which have shown by Density Functional Theory (DFT) calculations that this ML can be transformed into a large band gap TI by applying biaxial tensile strain. We propose an e?ective TB Hamiltonian with spin-orbit coupling for ML GeSnH2 near the Fermi level. The parameters of the TB model will be calculated by ftting procedure. Our model predicts a phase transition from normal insulator (NI) to TI phase at 7:5% biaxial tensile strain in agreement with DFT calculations. Also, we will show the existence of topologically protected gapless edge states in zigzag nanoribbons of GeSnH2 in the presence of biaxial strain. We will study the other interesting electronic properties of this system by computing the quantum traort properties of disordered GeSnH2 nanoribbons using landauer-buttiker formalism, which allows us to determine the universality class of the conductance ?uctuations in di?usive regime. By numerically calculating the electronic traort in the presence of disorder and considering the symmetry of the system, we will investigate the universality of the conductance ?uctuations in the absence and presence of a magnetic feld. We also will investigate the formation of Landau levels by applying an external magnetic feld to ML GeSnH2 in TI phase. It will be shown that an external applied magnetic feld produces a special phase which is a combination of the quantum Hall (QH) and quantum spin Hall (QSH) phases and at a critical magnetic feld strength the QSH phase completely disappears
بررسی عایق های توپولوژیکی در فیزیک ماده چگال در چند سال اخیر مورد توجه زیادی قرارگرفته است. موادی که همچون یک عایق معمولی در انبوهه دارای شکاف انرژی هستند، اما نمی توان این مواد را با تغییر آدیاباتیکی و بدون اینکه شکاف انرژی بسته شود، به عایق های معمولی مرتبط ساخت. قابل توجه است که این مواد در دوبعد (سه بعد)، دارای حالت های لبه ای (سطحی( بدون شکاف انرژی هستند. این حالت های لبه ای تحت تقارن وارونی زمانی محافظت شده هستند. این ویژگی منجر به مقاوم بودن حالت های لبه ای در مقابل بی نظمی های غیرمغناطیسی و ترابرد بدون اتلاف کانا های لبه ای می شود. چنین موادی برای استفاده در ادوات الکترونیکی، صنعت اسپینترونیک، وسایل مغناطیسی، لیزر و ترانزیستور اثر میدانی کاندیدای خوبی هستند و جست وجو برای یافتن موادی با شکاف انرژی بزرگ در انبوهه و هم چنین درک نظری و تجربی آن ها مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. علاوه براین، در برخی از مواد دوبعدی با اعمال میدان الکتریکی، کرنش یا عامل دار کردن سطح آن ها، می توان ماده را وارد فاز توپولوژیک نمود و یا خواص ماده ی توپولوژیک را بهبود بخشید. هدف ما استفاده از ابزارهایی همچون تقریب تنگابست برای توضیح و احتملا? پیش بینی رفتارهای جالب توجه در چنین موادی است. ساختارهای لانه زنبوری عناصر گروه IV به عنوان پیشنهادات مناسبی در حوزه ی عایق های توپولوژیک دوبعدی مورد توجه قرار گرفته اند. تک لایه ی ژرمانیوم-قلع عامل دار شده با هیدروژن ( 2 GeSnH) 2یکی از موادی است که با استفاده از رهیافت نظریه ی تابعی? چگالی به عنوان عایق توپولوژیک دوبعدی در حضور کرنش دومحوری مطرح و پیش بینی شده است. در این پژوهش قصد داریم با استفاده از تقریب تنگابست خواص الکترونی این ماده ی دوبعدی را مورد بررسی قرار دهیم و گذار فاز توپولوژیکی در آن را اثبات کنیم. یک مدل تنگابست انرژی-پایین شامل برهم کنش اسپین-مدار در نزدیکی تراز فرمی برای این ماده ی دوبعدی پیشنهاد خواهیم کرد و پارامترهای آن از طریق برازش نتایج مدل تنگابست با نتایج رهیافت نظریه ی تابعی چگالی بدست خواهد آمد. با استفاده از مدل تنگابست پیشنهادی و با اعمال کرنش کششی دومحوری با شدت ??/?، یک گذار فاز توپولوژیک در تک لایه ی 2 GeSnH را نشان خواهیم داد. هم چنین ظهور حالت های لبه ای بدون شکاف انرژی در انبوهه ی عایق 2 GeSnH که از مهم ترین ویژگی های فاز عایق توپولوژیک است را با بررسی ساختار الکترونی نانونوارهای 2 GeSnH 2نشان خواهیم داد. علاوه براین، خواص الکترونی مورد توجه در عایق های توپولوژیک دوبعدی از جمله ترابرد کوانتومی الکترونی را مطالعه کرده ایم و اثر بی نظمی غیرمغناطیسی بر حالت های لبه ای بدون شکاف انرژی را مورد مطالعه قرار داده ایم. برای محاسبه ی ترابرد الکترونی در رژیم مزوسکوپیک، از رهیافت معروف لاندائر-بوتیکر استفاده شده است. در حضور بی نظمی و در رژیم پخشی، به بررسی پدیده ی افت وخیزهای جهانشمول رسانایی پرداخته ایم. با محاسبه ی عددی ترابرد الکترونی در حضور بی نظمی و با توجه به تقارن های سامانه، کلاس جهانشمولی افت وخیزهای رسانایی در این نمونه در غیاب و حضور میدان مغناطیسی را بررسی خواهیم کرد. هم چنین تشکیل ترازهای لاندائو در اثر اعمال میدان مغناطیسی خارجی در عایق توپولوژیک 2 GeSnH 2را بررسی کرده ایم و نشان داده ایم که فاز کوانتومی اسپینی هال در اثر افزیش شدت میدان مغناطیسی، در یک میدان مغناطیسی بحرانی به کلی از بین خواهد رفت و سامانه در نهایت در فاز هال کوانتومی باقی خواهد. ماند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی