Estrutura eletrônica e propriedades de transporte quântico em nanoestruturas de grafeno e siliceno

Abstract

Neste trabalho apresentamos um estudo sistemático sobre as propriedades eletrônicas de dois novos materiais bidimensionais - Grafeno e Siliceno. Efeitos de interações spin-órbita (ISO), strain uniaxial e potencial elétrico sobre as estruturas eletrônicas de grafeno, siliceno e suas correspondentes nanofitas foram investigadas através de cálculos de tight-binding. Encontramos que o strain induz a mudanças nos pontos de Dirac e uma distorção da primeira zona de Brillouin. Como resultado, o strain possibilita o aparecimento de gaps nos pontos de Dirac K e K^' e modula a estrutura de banda do siliceno em outros pontos k da rede recíproca. A intensidade dos efeitos de strain dependem fortemente da direção de aplicação do strain. Em adição, potenciais do tipo staggered pode ser utilizado para controlar estados de spin polarizado. A combinação de efeitos de spin-órbita intrínseco e campos externos aplicados podem induzir uma transição de fase topológica na nanofita de siliceno. Também realizamos um estudo sobre o transporte eletrônico de nanofitas de siliceno pelo método das funções de Green e fórmula de Landauer-Bütikker. A densidade de estados e condutância calculadas mostram a existência de estados de borda de energia zero para nanofitas do tipo zigzag, que são consideravelmente afetados por efeitos de ISO. Nossos resultados demonstram a grande aplicabilidade dessas nanoestruturas em dispositivos baseados no grau de liberdade do spin do elétron, na denominada spintrônica. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

We have performed a systematic study on the electronic structures of novel two-dimensional materials – Graphene and Silicene. Effects of spin-orbit interactions (SOI), uniaxialstrain and staggered potential on electronic structures of graphene, silicene and their correspondent nanoribbons have been investigated by means of tight-binding calculation.We found that the strain induces shifts of Dirac points and a distortion of the first Brillionzone. As a result, an applied tensile strain opens gaps at Dirac points K and K0 andmodulates the band structure of silicene in other k-points. The magnitude of these straineffects depends strongly on direction of applied strain. In addition, staggered potentialcan be used to control both the band gap and the polarized spin-states. Furthermore,the combination of SOI and applied external fields may drive the silicene nanoribbonto a topological phase transition. On the other hand, we have also carried out study onthe electronic transport of silicene nanoribbons by using the Green’s function methodand Landauer-Büttiker formula. The density of states and conductance clearly show anexistence of the zero-energy edge states for zigzag nanoribbons, which are considerablyaffected by SOI. Our results demonstrate the feasibility of these nanostructures in devicesbased on the spin degree of freedom of the electron, in the so-called spintronics.