Влияние упорядочения примеси на энергетический спектр и электропроводность графена

С. П. Репецкий$^{1}$, И. Г. Вышывана$^{1}$, С. П. Кручинин$^{2}$, Е. Я. Кузнецова$^{3}$, Р. М. Мельник$^{4}$

$^{1}$Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, ул. Владимирская, 60, 01033 Киев, Украина
$^{2}$Институт теоретической физики им. Н. Н. Боголюбова НАН Украины, ул. Метрологическая, 14б, 03143 Киев, Украина
$^{3}$Национальный авиационный университет, просп. Космонавта Комарова, 1, 03058 Киев, Украина
$^{4}$Национальный университет «Киево-Могилянская академия», ул. Г. Сковороды, 2, 04070 Киев, Украина

Получена: 21.12.2018; окончательный вариант - 15.01.2019. Скачать: PDF

В однозонной модели сильной связи исследовано влияние примеси замещения на энергетический спектр и электропроводность графена. Установлено, что упорядочение атомов замещения на узлах кристаллической решётки приводит к возникновению щели в энергетическом спектре графена шириной $\eta|\delta|$ с центром в точке $y\delta$, где $\eta$ — параметр упорядочения, $\delta$ — разность потенциалов рассеяния атомов примеси и углерода, $y$ — концентрация примеси. Если уровень Ферми попадает в область указанной щели, то при упорядочении графена электропроводность $\sigma_{\alpha\alpha} → \infty$, т.е. возникает переход металл–диэлектрик. Если уровень Ферми находится вне щели, то при увеличении параметра порядка $\eta$ электропроводность возрастает по закону $\sigma_{\alpha\alpha} \approx (y^2 - (1/4)\eta^2)^{-1}$. При концентрации $y$ = 1/2 с упорядочением атомов примеси ($\eta$ → 1) электропроводность графена $\sigma_{\alpha\alpha} → \infty$, т.е. графен переходит в состояние идеальной проводимости. Исследована область локализации электронных примесных состояний, которые возникают на краях спектра и энергетической щели.

Ключевые слова: графен, энергетическая щель, концентрация примеси, параметр упорядочения, функция Грина, переход металл–диэлектрик, область локализации электронных примесных состояний.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v41/i04/0427.html

PACS: 71.23.An, 71.30.+h, 71.55.Ak, 71.55.Jv, 72.10.-d


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. J. Sun, M. Marsman, G. I. Csonka, A. Ruzsinszky, P. Hao, Y.-S. Kim, G. Kresse, and J. P. Perdew, Phys. Rev. B, 84: 035117 (2011). Crossref
  2. C. Yelgel and G. P. Srivastava, Appl. Surface Sci., 258: 8338 (2012). Crossref
  3. P. A. Denis, Chem. Phys. Lett, 492: 251 (2010). Crossref
  4. Xiaohui Deng, Yanqun Wu, Jiayu Dai, Dongdong Kang, and Dengyu Zhang, Phys. Lett. A, 375: 3890 (2011). Crossref
  5. Yu. V. Skrypnyk and V. M. Loktev, Phys. Rev. B, 73, No. 24: 241402(R) (2006). Crossref
  6. Yu. V. Skrypnyk and V. M. Loktev, Phys. Rev. B, 75: 245401 (2007). Crossref
  7. S. S. Pershoguba, Yu. V. Skrypnyk, and V. M. Loktev, Phys. Rev. B, 80, No. 21: 214201 (2009). Crossref
  8. T. M. Radchenko, A. A. Shylau, and I. V. Zozoulenko, Phys. Rev. B, 86: 035418-1-13 (2012). Crossref
  9. T. M. Radchenko, V. A. Tatarenko, I. Yu. Sagalianov, Yu. I. Prylutskyy, P. Szroeder, and S. Biniak, Carbon, 101: 37 (2016). Crossref
  10. T. M. Radchenko, V. A. Tatarenko, I. Yu. Sagalianov, and Yu. I. Prylutskyy, Phys. Lett. A, 378, Nos. 30–31: 2270 (2014). Crossref
  11. T. M. Radchenko, A. A. Shylau, I. V. Zozoulenko, and A. Ferreira, Phys. Rev. B, 87: 195448-1–14 (2013). Crossref
  12. T. M. Radchenko, A. A. Shylau, and I. V. Zozoulenko, Solid State Comm., 195: 88 (2014). Crossref
  13. T. M. Radchenko, V. A. Tatarenko, I. Yu. Sagalianov, and Yu. I. Prylutskyy, Configurations of Structural Defects in Graphene and Their Effects on Its Transport Properties, Graphene: Mechanical Properties, Potential Applications and Electrochemical Performance (Ed. B. T. Edwards) (Hauppauge, N.Y. USA: Nova Science Publishers, Inc.: 2014), Chapter 7, p. 219, arXiv:1406.0783
  14. V. F. Los’ and S. P. Repetsky, J. Phys.: Condens. Matter., 6: 1707 (1994). Crossref
  15. S. P. Repetsky, I. G. Vyshyvana, S. P. Kruchinin, and Stefano Bellucci, Scientific Reports, 8, Article number: 9123 (2018). Crossref
  16. B. Velicky, Phys. Rev., 184: 614 (1969). Crossref
  17. J. C. Slater and G. F. Koster, Phys. Rev., 94, No. 6: 1498 (1954). Crossref
  18. S. P. Repetsky, I. G. Vyshyvana, E. Ya. Kuznetsova, and S. P. Kruchinin, In-ternational Journal of Modern Physics B, 32: 1840030 (2018). Crossref