Spin-dependent transport in graphene

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorHarju, Ari
dc.contributor.authorVierimaa, Ville
dc.contributor.schoolPerustieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorHarju, Ari
dc.date.accessioned2016-04-20T10:39:54Z
dc.date.available2016-04-20T10:39:54Z
dc.date.issued2016-04-05
dc.description.abstractGraphene 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.abstractGrafeeni 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.extent47 + 3
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/20171
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-201604201831
dc.language.isoenen
dc.programmeTeknillisen fysiikan ja matematiikan koulutusohjelmafi
dc.programme.majorTeknillinen fysiikkafi
dc.programme.mcodeT3005fi
dc.rights.accesslevelopenAccess
dc.subject.keywordgrapheneen
dc.subject.keywordspinen
dc.subject.keywordKubo-Greenwooden
dc.subject.keywordCUDAen
dc.subject.keywordGPUen
dc.titleSpin-dependent transport in grapheneen
dc.titleGrafeenin spinriippuva johtavuusfi
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöen
dc.type.okmG2 Pro gradu, diplomityö
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
dc.type.publicationmasterThesis
local.aalto.idinssi53465
local.aalto.openaccessyes
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Vierimaa_Ville_2016.pdf
Size:
853.17 KB
Format:
Adobe Portable Document Format