Вплив упорядкування домішки на енергетичний спектр та електропровідність графену

С. П. Репецький$^{1}$, І. Г. Вишивана$^{1}$, С. П. Кручинін$^{2}$, О. Я. Кузнєцова$^{3}$, Р. М. Мельник$^{4}$

$^{1}$Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 60, 01033 Київ, Україна
$^{2}$Інститут теоретичної фізики ім. М. М. Боголюбова НАН України, вул. Метрологічна, 14б, 03143 Київ, Україна
$^{3}$Національний авіаційний університет, просп. Космонавта Комарова, 1, 03058 Київ, Україна
$^{4}$Національний університет «Києво-Могилянська академія», вул. Г. Сковороди, 2, 04070 Київ, Україна

Отримано: 21.12.2018; остаточний варіант - 15.01.2019. Завантажити: PDF

В однозонній моделі сильного зв’язку досліджено вплив домішки заміщення на енергетичний спектр та електропровідність графену. Встановлено, що впорядкування атомів заміщення на вузлах кристалічної гратки приводить до виникнення щілини в енергетичному спектрі графену шириною $\eta|\delta|$ з центром в точці $y\delta$, де $\eta$ — параметр впорядкування, $\delta$ — різниця потенціалів розсіяння атомів домішки і вуглецю, $y$ — концентрація домішки. Якщо рівень Фермі потрапляє в область зазначеної щілини, то при упорядкуванні графену електропровідність $\sigma_{\alpha\alpha} → \infty$, тобто виникає перехід метал–діелектрик. Якщо рівень Фермі лежить поза щілиною, то при збільшенні параметру порядку $\eta$ електропровідність збільшується за законом $\sigma_{\alpha\alpha} \approx (y^2 - (1/4)\eta^2)^{-1}$. При концентрації $y$ = 1/2 з впорядкуванням атомів домішки ($\eta$ → 1) електропровідність графену $\sigma_{\alpha\alpha} → \infty$, тобто виникає перехід графену в стан ідеальної провідності. Досліджено області локалізації електронних домішкових станів, які виникають на краях спектру та краях енергетичної щілини.

Ключові слова: графен, енергетична щілина, густина станів, концентрація домішки, параметр впорядкування, функція Гріна, перехід метал–діелектрик, область локалізації електронних домішкових станів.

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

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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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