Electronic transport in multiprobe graphene structures

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2008
Major/Subject
Fysiikka
Mcode
Tfy-3
Degree programme
Language
en
Pages
55
Series
Abstract
Graphene, a one atom thick layer of carbon atoms, has in the last four years become one of the most studied materials - both theoretically and experimentally - in condensed matter physics. It is considered by many to be one of the promising candidate materials for the future applications of nanoelectronics, and therefore it is important to thoroughly understand the nature of electronic transport through sheets of graphene. Current noise produced by a mesoscopic sample at very low temperatures can provide a lot of information about the electronic transport through the sample. In this Thesis I study the transport properties of graphene connected to multiple terminals, including cross-conductances and cross-correlations of noise between the terminals. I utilize two different theoretical models, both applicable to slightly different systems. The first model describes mildly disordered graphene with large charge carrier densities, whereas the second model describes a perfect graphene lattice at carrier densities close to zero. In practice it is not possible to control the shape and size of the graphene flakes. Especially the edges will be disordered and irregular. For this reason I have also studied the dependence of the electronic properties on the shape, size, and edge type of the graphene sheet. According to these results even disordered graphene should show some unique properties in the bias dependence of the cross-correlations. In the case of a perfectly ordered lattice I predict that the evanescent nature of the electronic transport in undoped graphene should manifest itself in a peculiar exchange effect in the cross-correlations. Finally, I also study the behaviour of Andreev reflection in graphene-superconductor junctions from microscopic principles and its effect on the cross-correlations.

Grafeeni, eli yhden atomikerroksen paksuinen hiilikalvo, on viimeisen neljän vuoden aikana saanut osakseen lähes jakamattoman huomion tiiviin aineen fysiikassa sekä teoreetikoiden että kokeilijoiden parissa. Monet pitävät sitä lupaavana materiaalikandidaattina tulevaisuuden nanoelektroniikan sovelluksia varten, ja tästä syystä on tärkeää ymmärtää elektronikuljetuksen luonnetta grafeenissa läpikotaisin. Mesoskooppisen rakenteen matalassa lämpötilassa tuottama sähkövirran kohina voi kertoa paljon sähkönkuljetuksesta näytteen läpi. Tässä diplomityössä tutkin elektronikuljetusta useaan terminaaliin kytketyn grafeenikalvon läpi. Lasken mm. ristikonduktanssit ja kohinan ristikorrelaatiot eri terminaalien välillä. Käytän kahta teoreettista mallia, jotka soveltuvat hieman erilaisiin systeemeihin. Ensimmäinen malli kuvaa lievästi epäjärjestynyttä grafeenia suurilla varauksenkuljettajatiheyksillä ja toinen malli täydellistä grafeenihilaa nollaa lähestyvillä varauksenkuljettajatiheyksillä. Käytännössä on mahdotonta kontrolloida grafeenilastujen kokoa ja muotoa. Erityisesti näytteen reunat ovat väistämättä epäjärjestyneet ja epäsäännöllisen muotoiset. Tästä syystä olen tutkinut myös miten kuljetusominaisuudet riippuvat grafeenin muodosta, koosta ja reunojen tyypistä. Näiden tulosten perusteella jopa epäjärjestyneen grafeenin ristikorrelaatioissa voidaan nähdä grafeenille ainutlaatuisia ominaisuuksia. Havaitsen myös, että täydellisen grafeenihilan varauksenkuljettajien erikoinen luonne pitäisi näkyä ns. vaihtovaikutuksena ristikorrelaatioissa. Lopuksi tutkin Andreevin heijastuksen käytöstä grafeenisuprajohde -liitoksissa ja sen vaikutusta ristikorrelaatioihin.
Description
Supervisor
Törmä, Päivi
Thesis advisor
Heikkilä, Tero
Keywords
theory of electronic transport, elektronikuljetuksen teoria, graphene, grafeeni, noise, kohina, cross-correlations, ristikorrelaatiot
Other note
Citation