Velocity renormalization in graphene

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

2010

Department

Informaatio- ja luonnontieteiden tiedekunta

Major/Subject

Fysiikka (laskennallinen fysiikka)

Mcode

Tfy-105

Degree programme

Language

en

Pages

[8] + 49

Series

Abstract

Graphene has been subject to intense theoretical and experimental research since its discovery in 2005. The lowered dimensionality of graphene leads to strong many-body interactions. This casts doubt on applicability of traditional models in solid state physics. In this work we describe the low-energy excitations of graphene in terms interacting fermionic quasiparticles. We present results from Monte Carlo simulations of this effective field theory, using the tadpole improvement method to eliminate discretization artefacts present in previous simulations. The simulations demonstrate that graphene undergoes a quantum phase transition from its observed semimetallic phase to a Mott insulating phase. The critical coupling under which the transition takes place depends on the fermion velocity. We compute the excitation spectrum, from which we extract renormalized value of the fermion velocity. Our results indicate that the renormalization has a significant effect on the critical coupling.

Grafeeni on ollut intensiivisen teoreettisen ja kokeellisen tutkimuksen kohde eristämisestään 2005 lähtien. Grafeenin madaltanut dimensionaalisuus johtaa voimakkaisiin usean kappaleen vuorovaikutuksiin. Tämä asettaa kyseenalaiseksi perinteisten kiinteän olonmuodon fysiikan mallien sovellettavuuden. Tässä työssä kuvaamme grafeenin matalaenergiset viritystilat vuorovaikuttavina fermionisina kvasihiukkasina. Esitämme tulokset efektiivisen kenttäteorian Monte Carlo -simulaatioista, joista on eliminoitu aiemmissa simulaatioissa esiintyneitä diskretoinnin jäänteitä käyttäen silmukkakorjausta. Simulaatiot osoittavat grafeenin muuttuvan kvanttifaasitransitiossa tavanomaisesta semimetallisesta faasista Mottin eristeeksi. Kriittinen kytkentävakio, jolla transitio havaitaan, riippuu fermionien nopeudesta. Työssä määritetään viritystilojen spektri ja renormalisoitu fermionien nopeus. Tulokset merkitsevät renormalisaatiolla olevan huomattava vaikutus kriittiseen kytkentävakioon.

Description

Supervisor

Nieminen, Risto

Thesis advisor

Lähde, Timo

Keywords

graphene, grafeeni, many-body interaction, monihiukkasvuorovaikutus, low-dimensional system, mataladimensioinen systeemi, effective field theory, efektiivinen kenttäteoria, lattice field theory, hilakenttäteoria, Hybrid Monte Carlo, hybridi- Monte Carlo, tadpole improvement, silmukkakorjaus, Mott insulator, Mottin eriste, velocity renormalization, nopeuden renormalisaatio, quantum phase transition, kvanttifaasitransitio

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122357791

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI