Graphene photodetection and the Seebeck effect

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Science | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2012

Department

Teknillisen fysiikan laitos

Major/Subject

Fysiikka (laskennallinen fysiikka)

Mcode

Tfy-105

Degree programme

Language

en

Pages

65

Series

Abstract

Graphene is a very rapidly rising star among nanomaterials. It has great potential in both terms of commercial applications, and understanding of fundamental physics. Graphene's unique properties make it a promising new material in nano-electronics. It has been proposed that it could one day replace silicon in semiconductor technology. Among the numerous future applications are graphene based photodetectors. In this field, graphene could offer fundamentally different applications compared to the traditional photodetectors based on the IV and III-V semiconductors. The main subject of this Master's thesis is the photothermoelectric effect (or the Seebeck effect) in graphene. It is considered as one of the main mechanisms in the generation of photocurrents in graphene. The photoelectic effect is also briefly discussed in terms of optical transition rates. This Master's thesis is a computational study. The modeling of graphene's electronic states is done with the tight-binding approximation. The photocurrents are simulated using the Landauer-Büttiker transport formalism and the Green's function method for the computation of the transmission probabilities. The conductances and Seebeck coefficients of various graphene based systems are computed. The obtained computational results are compared to existing computational and experimental studies.

Grafeeni on nouseva tähti nanomateriaalien joukossa. Sillä on suuri potentiaali sekä sovelluksien että fysiikan ilmiöiden ymmärtämisen kannalta. Grafeenin ainutlaatuiset sähköiset ominaisuudet tekevät siitä lupaavan materiaalin nanoelektroniikassa. Pidetään mahdollisena, että grafeeni voisi tulevaisuudessa haastaa piin puolijohdeteknologiassa. Eräs lukuisista mahdollisista sovelluksista grafeenille on grafeenipohjaiset fotodetektorit. Grafeeni voisi mahdollistaa aivan uudenlaisten fotodetektorien valmistamisen. Tämän diplomityön pääaihe on valoindusoitu lämpösähköinen ilmiö grafeenissa. Sitä pidetään yhtenä päämekanismeista, joiden avulla grafeenin valoindusoidut sähkövirrat syntyvät. Myös valosähköistä ilmiötä käsitellään lyhyesti liittyen optisiin transitiotodennäköisyyksiin. Tämä diplomityö on luonteeltaan laskennallinen. Grafeenin elektronirakenne lasketaan käyttäen tightbinding metodia. Sähkövirtoja mallinnetaan Landauer-Büttiker kuljetusformalismin ja Greenin funktioiden avulla. Laskemme useiden grafeenipohjaisten systeemien konduktanssit ja Seebeckkertoimet. Saatuja laskennallisia tuloksia verrataan aikaisempaan laskennalliseen ja kokeelliseen tutkimukseen.

Description

Supervisor

Nieminen, Risto

Thesis advisor

Harju, Ari

Keywords

Graphene, grafeeni, photodetector, Seebeckin ilmiö, Seebeck effect, tight-binding metodi, tight-binding, Landauer-Büttiker formalismi, Landauer-Büttiker, Greenin funktiot, Green's function, optiset transitiotodennäköisyydet, optical transition rate

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122858827

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI