Hấp thụ sóng điện từ trong graphene đơn lớp dưới ảnh hưởng của từ trường không đổi và tương tác điện tử tạp chất (tt)

ọc Do cơng trình Wallace mang tính “sách vở” khơng nhận quan tâm đáng kể Năm 2004, hai nhà vật lý A K Geim K S Novoselov làm việc trường Đại học Machester (vương quốc Anh) tạo graphene phương pháp đơn giản, sử dụng băng keo văn phòng để bóc tách lớp graphene từ khối tinh thể graphite [17] Với cơng trình nghiên cứu này, Geim Novoselov trao giải Nobel Vật lý năm 2010 Trong graphene, hạt tải (điện tử, lỗ trống) chuyển động với tốc độ lớn (cỡ 106 m/s [7]) mơ tả phương trình Hình 1: Cấu trúc tổ ong graphene đơn lớp Dirac tương đối tính cho fermion khơng khối lượng (giống photon ánh sáng) Phổ lượng phụ thuộc tuyến tính vào số sóng gần điểm Dirac (K K’), đỉnh vùng hóa trị đáy vùng dẫn tiếp xúc Version - Select.Pdf điểm DiracDemo làm cho graphene khơng cóSDK khe lượng (độ rộng vùng cấm 0) bán kim loại Ngồi ra, người ta tạo điều chỉnh độ rộng vùng cấm thông số vật lý khác graphene cách pha tạp ghép nhiều lớp (đa lớp graphene) thay đổi hình dạng biên Do có khối lượng hạt tải 0, độ linh động graphene lớn (cỡ 200.000 cm2 /V.s nhiệt độ phòng), độ dẫn điện lớn Graphene thích hợp cho thiết bị điện tử tốc độ cao, transitor siêu nhỏ, thiết bị điện tử cao tần công suất lớn vi mạch điện tử nhỏ hơn, nhanh so với sử dụng silic truyền thống Tính dẫn nhiệt tốt graphene ứng dụng thiết bị tản nhiệt Ngoài ra, graphene ứng dụng chế tạo thiết bị lưu trữ liệu dung lượng lớn, kích thước nhỏ, hình hiển thị LCD, OLED, siêu tụ điện, pin mặt trời, cảm biến điện hóa nhiều ứng dụng tiềm khác khai thác [22] Các nhà khoa học dự đốn tương lai, graphene có khả thay silicon lĩnh vực điện tử công nghệ bán dẫn Với đặc tính tuyệt vời tiềm ứng dụng vơ tận graphene, cơng trình nghiên cứu liên quan đến vật liệu này, ứng dụng, tăng lên nhanh chóng theo cấp số mũ [22] Theo số liệu thống kê, số lượng báo ấn phẩm khoa học liên quan đến graphene xuất năm 2013 trung bình 40 cơng trình ngày [22] Về phương diện quang học, có cấu trúc lượng điện tử khác biệt so với vật liệu thấp chiều truyền thống (hố lượng tử, siêu mạng, dây lượng tử) nên graphene tương tác cách khác lạ với sóng Demo Version - Select.Pdf SDK điện từ Khi đặt từ trường mạnh, mức lượng Landau √ graphene phụ thuộc vào bậc hai cảm ứng từ ( B) bậc hai số mức Landau Trong đó, mức Landau bán dẫn khối vật liệu thấp chiều truyền thống phụ thuộc tuyến tính vào cảm ứng từ số mức Landau Khi có thêm sóng điện từ lan truyền vật liệu với từ trường khơng đổi, ta quan sát số hiệu ứng cộng hưởng từ-phonon dò tìm quang học, cộng hưởng cyclotron Điều kiện cho hiệu ứng graphene dự đoán phụ thuộc khác biệt vào trường điện từ so với cấu trúc vật liệu truyền thống Tương tác điện tử với phonon, tạp chất, graphene thay đổi mạnh ảnh hưởng đáng kể lên độ rộng vạch phổ đỉnh hấp thụ cộng hưởng Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tơi xin điểm qua số cơng trình tiêu biểu nhóm tác giả ngồi nước nghiên cứu hấp thụ sóng điện từ graphene đơn lớp + W Xu cộng [24] nghiên cứu tính chất quang điện tử graphene đơn lớp đặt trường sóng điện từ xét ảnh hưởng tương tác điện tử - phonon quang Các tác giả sử dụng Hamiltonian tương tác điện tử - photon - phonon để thiết lập phương trình động học Boltzmann cho hàm phân bố điện tử (lỗ trống) Từ tác giả thu thay đổi nồng độ hạt tải kích thích sóng điện từ tương tác điện tử – phonon Độ dẫn quang hệ số truyền qua tính toán khảo sát phụ thuộc chúng vào bước sóng sóng điện từ Kết cho thấy độ dẫn quang hệ số truyền qua phụ thuộc yếu vào nhiệt độ Ngoài ra, tồn cửa sổ Demo Version - Select.Pdf SDK hấp thụ miền bước sóng từ – 100 µm + Nhóm tác giả Kai-Chieh Chuang [9] nghiên cứu cộng hưởng cyclotron cho điện tử lỗ trống graphene đơn lớp Các tác giả phân tích cộng hưởng cyclotron để tìm vận tốc điện tử điểm Dirac graphene đơn lớp vận tốc lớn so với vật liệu cacbon, phát bất đối xứng chuyển dời điện tử, lỗ trống độ tán sắc tỉ đối gần điểm Dirac + Nhóm tác giả Deacon R.S cộng [8] dò tìm cộng hưởng cyclotron graphene đơn lớp phản ứng quang dẫn (photoconductive) sử dụng hiệu ứng để đo vận tốc điện tử lỗ trống Ngoài ra, tác giả bất đối xứng cấu trúc vùng lượng điện tử lỗ trống dẫn đến khác biệt đáng kể vận tốc điện tử vận tốc lỗ trống + Nhóm tác giả Huỳnh Vĩnh Phúc, Lê Đình, Nguyễn Ngọc Hiếu [20, 21] sử dụng lí thuyết nhiễu loạn để tính tốn hệ số hấp thụ sóng điện từ graphene đơn lớp tự (free standing) graphene đơn lớp đặt đế (substrate) phân cực khác có từ trường khơng đổi đặt vng góc Tương tác điện tử với mode phonon quang khác xem xét Qua khảo sát phụ thuộc hệ số hấp thụ vào lượng photon tác giả quan sát thấy đỉnh cộng hưởng cyclotron-phonon Độ rộng vạch phổ đỉnh cộng hưởng tính số khảo sát hàm từ trường ngoài, nhiệt độ hệ, khoảng cách graphene – đế Kết cho thấy độ rộng vạch phổ tăng theo từ trường phụ thuộc yếu vào nhiệt độ + Nhóm tác giả Bùi Đình Hợi, Lê Thị Thu Phương, Trần Cơng Demo Version - Select.Pdf SDK Phong [11] sử dụng kỹ thuật tốn tử chiếu để tính tốn cơng suất hấp thụ sóng điện từ graphene đơn lớp có mặt từ trường khơng đổi vng góc với graphene Hiệu ứng cộng hưởng cyclotron-phonon quan sát thông qua phổ hấp thụ Mối liên hệ lượng photon SĐT thỏa mãn điều kiện cộng hưởng từ trường thu nhận Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ cộng hưởng vào từ trường nhiệt độ phù hợp tốt với quan sát thực nghiệm trước + Tác giả Nguyễn Thị Mỹ Phương [4] nghiên cứu “Cộng hưởng cyclotron-phonon graphene đơn lớp” thành lập biểu thức giải tích tenxơ cơng suất hấp thụ sóng điện từ electron bị giam giữ graphene đơn lớp có mặt từ trường ngồi giải thích ý nghĩa tượng dịch chuyển điện tử mức lượng; khảo sát vẽ đồ thị phụ thuộc tenxơ vật dẫn vào lượng photon biện luận điều kiện cộng hưởng cyclotron-phonon; xác định độ rộng vạch phổ cộng hưởng khảo sát phụ thuộc độ rộng vạch phổ vào từ trường, nhiệt độ Các nghiên cứu độ linh động độ dẫn điện/điện trở chất rắn cho thấy phụ thuộc độ linh động hay độ dẫn vào nhiệt độ khơng thể giải thích lý thuyết coi điện tử tương tác với mạng tinh thể (phonon), đặc biệt nhiệt độ thấp [10] Từ đó, nhà nghiên cứu rằng, nhiệt độ thấp (cỡ vài Kelvin) tương tác điện tử - tạp chất trội so với tương tác điện tử - phonon Đối với vật liệu graphene cấu trúc vật liệu tương tự graphene q trình hấp thụ sóng điện từ điều kiện nhiệt độ thấp (khi tương tác điện tử Demo Version - Select.Pdf SDK - tạp chất cần xét đến) nhiều vấn đề cần quan tâm nghiên cứu, đặc biệt có mặt từ trường khơng đổi Do vậy, định chọn đề tài “Hấp thụ sóng điện từ graphene đơn lớp ảnh hưởng từ trường không đổi tương tác điện tử - tạp chất” để làm đề tài nghiên cứu luận văn Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung đề tài nghiên cứu hấp thụ sóng điện từ ảnh hưởng từ trường không đổi tương tác điện tử - tạp chất graphene đơn lớp Mục tiêu cụ thể xây dựng cơng thức giải tích hệ số hấp thụ sóng điện từ graphene đặt từ trường khơng đổi vng góc với graphene sóng điện từ Xác định 10 tính chất phổ hấp thụ quang-từ: vị trí đỉnh cộng hưởng, độ rộng vạch phổ đỉnh cộng hưởng Nội dung nghiên cứu - Tính tốn hệ số hấp thụ sóng điện từ graphene đơn lớp đặt từ trường xét ảnh hưởng tương tác điện tử - tạp chất - Khảo sát vẽ đồ thị biểu thị phụ thuộc hệ số hấp thụ vào lượng photon, từ trường không đổi, nhiệt độ - Phân tích đặc trưng phổ hấp thụ khảo sát phụ thuộc đại lượng đặc trưng cho phổ hấp thụ vào từ trường không đổi, nhiệt độ hệ Phương pháp nghiên cứu Demo Version - Select.Pdf SDK - Để tính hệ số hấp thụ quang-từ, sử dụng lý thuyết nhiễu loạn phụ thuộc thời gian Đây phương pháp sử dụng rộng rãi nhiều toán tượng chuyển tải vật lý lượng tử - Sử dụng phương pháp profile để khảo sát độ rộng vạch phổ - Để tính số vẽ đồ thị, chúng tơi sử dụng phần mềm Mathematica Phạm vi nghiên cứu Chỉ xét tương tác điện tử - tạp chất nhiệt độ thấp, bỏ qua tương tác điện tử - điện tử, điện tử - phonon Bố cục luận văn Luận văn gồm có phần chính: 11 Phần mở đầu: Trình bày lý chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu, nội dung nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu bố cục luận văn Phần nội dung: Gồm chương • Chương 1: Một số vấn đề tổng quan graphene • Chương 2: Sơ lược lý thuyết nhiễu loạn biểu thức tổng quát hệ số hấp thụ sóng điện từ • Chương 3: Hệ số hấp thụ sóng điện từ graphene đơn lớp có mặt từ trường khơng đổi vng góc tương tác điện tử - tạp chất Phần kết luận Tóm tắt kết đạt được, kết luận đề xuất hướng phát triển đề tài Demo Version - Select.Pdf SDK 12 ... từ trường không đổi tương tác điện tử - tạp chất graphene đơn lớp Mục tiêu cụ thể xây dựng cơng thức giải tích hệ số hấp thụ sóng điện từ graphene đặt từ trường khơng đổi vng góc với graphene. .. quan tâm nghiên cứu, đặc biệt có mặt từ trường không đổi Do vậy, định chọn đề tài “Hấp thụ sóng điện từ graphene đơn lớp ảnh hưởng từ trường không đổi tương tác điện tử - tạp chất” để làm đề tài... tính tốn hệ số hấp thụ sóng điện từ graphene đơn lớp tự (free standing) graphene đơn lớp đặt đế (substrate) phân cực khác có từ trường khơng đổi đặt vng góc Tương tác điện tử với mode phonon quang