Spin-dependent transport in graphene

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Harju, Ari
dc.contributor.author Vierimaa, Ville
dc.date.accessioned 2016-04-20T10:39:54Z
dc.date.available 2016-04-20T10:39:54Z
dc.date.issued 2016-04-05
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/20171
dc.description.abstract Graphene is a 2-dimensional allotrope of carbon which has attracted a lot of interest since its discovery in 2004. It has high electron mobility and small intrinsic spin-orbit-coupling, leading to long spin persistence lengths. This makes it an interesting material for spintronics as it can be used as a platform for spin-dependent defects. Its spin behavior is almost completely determined by the defects, which can be used to tune its properties. The electronic transport properties of graphene are most commonly studied by Landauer-Büttiker and Kubo-Greenwood methods. They both work well with the tight-binding model, which recovers the electronic band structure of graphene correctly, and they give results consistent with each other. The difference between the two is that Landauer-Büttiker is more suitable for narrow ribbons, while Kubo-Greenwood performs better in wider systems. In this thesis, a spinful version of the Kubo-Greenwood method is derived and then implemented on top of an existing spinless version. The implementation is done with Nvidia CUDA and it runs on graphics processing units. Different spin-dependent defects in graphene are used to test the implementation and validate the method. While the spinful version of the method is easy to implement, it turns out that it lacks the ability to completely describe spin-flipping current. Spin-conserving conductivity is given correctly by the method and spin polarization is proposed to describe the spin behavior better. Long-ranged scatterers are found to scatter spin more efficiently than they do charge and they are suggested to be partly responsible for the experimentally found short spin relaxation times. en
dc.description.abstract Grafeeni on hiilen kaksiulotteinen allotrooppi, joka löydettiin vuonna 2004. Sen elektroneilla on suuri liikkuvuus ja pieni spin–rata-kytkentä, jonka ansiosta spinin relaksaatiopituus kasvaa huomattavan suureksi. Grafeeni on erityisen kiinnostava materiaali spintroniikassa, jossa sitä voidaan käyttää alustana spin-riippuville epäpuhtauksille. Sen spinin ominaisuudet ovat lähes täysin epäpuhtauksien määrittelemät, joten spin käytöstä voidaan säätää niiden avulla. Grafeenin johtavuusominaisuuksia tutkitaan yleensä joko Landauer-Büttiker- tai Kubo-Greenwood- menetelmillä. Molemmat toimivat hyvin tiukan sidoksen mallin kanssa ja antavat keskenään vertailukelpoisia tuloksia. Menetelmien erona ovat systeemit, joihin ne soveltuvat. Landauer-Büttiker toimii paremmin kapeammissa nauhoissa, kun taas Kubo-Greenwood soveltuu hyvin leveämpiin, täysin kaksiulotteisiin systeemeihin. Tässä työssä johdetaan spinillinen versio Kubo-Greenwood-menetelmästä ja toteutetaan se aikaisemman spinittömän version pohjalta. Toteutus tehdään Nvidian CUDA-kielellä ja sitä voidaan ajaa näytönohjaimilla. Toteutusta testataan erilaisilla spin-riippuvilla epäpuhtausmalleilla. Spinillinen versio on helposti johdettavissa spinittömästä versiosta, mutta käy ilmi, ettei se kuvaa täysin spinien välistä virtaa. Menetelmä antaa kuitenkin oikein spinin säilyttävän konduktiivisuuden ja spinin polarisaatio osoittautuu paremmaksi ominaisuudeksi kuvaamaan spinin käytöstä. Tutkituista epäpuhtauksista pitkän matkan sirottajat sirottivat spiniä suhteessa varaukseen eniten ja niitä ehdotetaan osatekijäksi kokeissa havaittuihin lyhyisiin relaksaatiopituuksiin. fi
dc.format.extent 47 + 3
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Spin-dependent transport in graphene en
dc.title Grafeenin spinriippuva johtavuus fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword graphene en
dc.subject.keyword spin en
dc.subject.keyword Kubo-Greenwood en
dc.subject.keyword CUDA en
dc.subject.keyword GPU en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201604201831
dc.programme.major Teknillinen fysiikka fi
dc.programme.mcode T3005 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Harju, Ari
dc.programme Teknillisen fysiikan ja matematiikan koulutusohjelma fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account