SUPERVISOR
Farhad Shahbazi,Farhad Fazileh
فرهاد شهبازی دستجرده (استاد مشاور) فرهاد فضیله (استاد راهنما)
STUDENT
Zahra Aslani
زهرا اصلانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Study of the Electronic Quantum Transport of Silicene - Based Nanostructures
Silicene , as the counterpart of graphene for silicon , with slightly buckled honeycomb geometry has been synthesized through epitaxial growth . This novel two dimensional material has attracted considerable attention both theoretically and experimentally recently , due to exotic electronic structure and promising applications in nanoelectronics as well as compatibility with current silicon-based electronic technology . In recent years semiconductor nanostructures have been converted to the model systems for investigation of electrical conduction on short length scales . The theorical framework commonly used to describe traort through nanoscopic devices is the Landauer-Buttiker formalism . In this approach current through a conductor is expressed in terms of the possibility that an electron can transmit through it . To simplify the discussion , we assume that the temperature is set to zero and traort is phase coherent . We consider a zigzag silicene nanoribbon divided into three regio the device region , the left and right lead , that local structural disorders and edge defects can affect the electronic traort properties of this nanoribbons . Additionally , the buckled structure of silicene enables us to apply external electric field and as a result can control bad gap in a wide range of energy in silicene . In this project , we provid systematic investigation on the electron traort properties of silicene nanoribbons in the presence of an external electric field , edge defects like vacancies and disorders (Anderson disorder) . We use the tight-binding model to describe the hamiltony of silicene system . Then introduce the concept of Green?s function and then show that a conductor connected to infinite leads can be replaced by a finite conductor with the effect of the leads incorporated through a "self-energy" fuction . This provides a convenient method for evaluating the Green’s fuctionn (and henece the transmission function) numerically . A numerical technique , for calculating the transmission coefficients through a coherent mesoscopic conductor using it’s Green’s function is introduced . Furthermore , we study the influence of the electric field on the band structure , total and local density of states in silicene nanoribbons . The results show jumps or steps in the conductance of zigzag silicene nanoribbons versus energy . The band structure obtained in this nanoribbons fully correspond to the diagrams of electrical conductivity . We show that the band structure can be controlled by applying an electric field perpendicular to the silicene sheet . In particular , the gap decreases linearly to zero at a certain critical electric field and then increases linearly . Moreover , the results show that disorders like , vacancies and disorder that is modeled with Anderson model lead to lower conductivity in zigzag silicene nanoribbons . The edge states of the zigzag silicene nanoribbons are resistant to the disorders , and in fact , this disorder has no effect on the conductance of the nanoribbons around the Fermi energy.
سیلیسین دگرشکل دوبعدی سیلیسیم با ساختاری شبیه گرافین است که برای اولین بار در سال 1994 در یک تحقیق نظری به آن اشاره شد. این مادهی دوبعدی خواص ممتاز و ویژهای نسبت به گرافین دارد و به همین دلیل، به عنوان کاندیدای جدید برای استفاده در صنعت الکترونیک مطرح شده و ضرورت مطالعهی خواص ترابردی این ماده مورد توجه قرار گرفتهاست. در سالهای اخیر نانوساختارهای نیمهرسانا تبدیل به سیستمهای مدل جهت تحقیق در زمینهی ترابرد الکتریکی و خواص مربوطه در مقیاس طول کوچک گردیدهاست. ترابرد کوانتومی در نمونههایی که طول موج فرمی، طول همدوسی فاز و یا مسافت آزاد میانگین آنها نسبت به ابعاد نمونه قابل مقایسه باشد، به ایجاد پدیدههای جالبی منجر میگردد. زیرا تحت این شرایط اثرات کوانتومی میتوانند خود را نشان دهند. چارچوب متداول برای توصیف ترابرد از طریق این ابزارهای مزوسکوپیکی روش لاندائر-بوتیکر است. در این رهیافت جریان درون رسانا بر حسب احتمال تراگسیل الکترون از آن بیان میشود. به منظور سادهسازی بحث دمای صفر و ترابرد از نوع فاز-همدوس فرض شدهاست. نمونهی مورد بررسی نانونوارهای سیلیسینی زیگزاگ هستند که به دو رابط نیمه بینهایت متصل شدهاست. در این میان بینظمیهای موضعی ساختاری و ناهمواریهای لبهی نانونوارها ازجمله بینظمی لبهای (تهیجای) و بینظمیهای داخلی (بینظمی اندرسون) اثرات مهمی روی خواص ترابردی این مواد دارند. همچنین به دلیل خمیده بودن ساختار سیلیسین، با اعمال میدان الکتریکی عمود بر صفحهی نانونوارهای سیلیسینی میتوان گاف انرژی بزرگ و قابل کنترل به آنها افزود. در این پروژه جهت مطالعهی این اثرات، ترابرد کوانتومی نانونوارهای سیلیسینی زیگزاگ را حضور و عدم حضور بینظمیها (تهیجای و بینظمی اندرسون) و میدان الکتریکی برای پهناهای مختلف بررسی کردهایم. از مدل تنگابست برای توصیف هامیلتونی سیستم استفاده شدهاست. سپس با استفاده از ماتریس هامیلتونی، ماتریس تابع گرین سیستم در فضای حقیقی را بهدست آوردیم. اثر رابطها را نیز میتوان از طریق یک تابع خودانرژی درون سیستم گنجاند. در نهایت با استفاده از رابطهی فیشر-لی، تابع تراگسیل را به تابع گرین سیستم مربوط ساختیم. با توجه به رابطهی بین هدایت الکتریکی و تابع تراگسیل که با فرمول لاندائر-بوتیکر به هم مربوط میشوند، تغییرات هدایت الکتریکی بر حسب تغییرات بینظمی، میدان الکتریکی عمودی اعمال شده و همچنین انرژی فرمی برای پهناهای مختلف روبان سیلیسینی را بهدست آوردیم. علاوه براین تغییرات چگالی حالات کلی و موضعی و ساختار نوار انرژی روبان سیلیسینی را بر حسب تغییرات میدان الکتریکی اعمالی و انرژی فرمی بررسی کردهایم. نتایج بهدست آمده رفتار پلهای رسانندگی بر حسب انرژی را در نانونوارهای سیلیسینی زیگزاگ تأیید میکند. همچنین ساختار نوار انرژی بهدست آمده در این نانونوارها با نمودارهای هدایت الکتریکی کاملاً مطابقت دارد. با اعمال میدان الکتریکی مناسب و عمود بر صفحهی سیلیسین، گاف انرژی غیر صفر ایجاد شده و با تغییر میدان الکتریکی، این گاف قابل کنترل خواهدبود. علاوه براین نتایج نشان میدهد که بینظمی اندرسون و تهیجای در نانونوارهای سیلیسینی منجر به کاهش رسانندگی میشوند و با افزایش شدت بینظمی هدایت الکتریکی کمتر میشود. حالتهای لبهای نانونوارهای سیلیسینی زیگزاگ نسبت به این بینظمیها مقاوم بوده و در واقع این بینظمیها هیچ تأثیری بر رسانندگی نانوارهای سیلیسینی در اطراف انرژی فرمی نخواهندداشت.