2 CẤU TRÚC ĐIỆN TỬ VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA SIÊU MẠNG GRAPHENE
2.4Kết luận chương
Trong chương này chúng tôi đã trình bày một khảo sát lý thuyết về sự thay đổi trạng thái của các điện tử pz bên trong lớp màng graphene dưới tác động của các hàm thế năng vô hướng tuần hoàn theo một chiều không gian. Trên cơ sở đó chúng tôi cũng đã tiến hành khảo sát về cách thức hành xử, hay sự phản ứng lại, của các điện tử pz dưới tác động của các kích thích quang học. Để làm điều đó, chúng tôi trước tiên đi tính toán cấu trúc vùng năng lượng của các điện tử pz cũng như khảo sát biểu hiện của các trạng thái riêng như là sự thay đổi biên độ của các hàm sóng trong không gian thực. Các tính toán được thực hiện trên cơ sở vận dụng mô hình liên kết chặt cho các điện tử pz. Về cơ bản chúng tôi nhận thấy cấu trúc điện tử của GSLs dường như là sự chồng chập của hai cấu trúc vùng năng lượng của hai GNRs đại diện mà sự kết nối giữa chúng tạo thành mạng graphene đầy đủ. Để giải thích sự hình thành của cấu trúc điện tử cũng như sự khác biệt giữa hai cấu hình A- GSLs và Z-GSLs, chúng tôi đã đưa vào cách thức xem xét màng graphene trong cấu trúc GSLs như là sự kết nối của các GNRs lần lượt chịu tác động của các giá trị thế năng là –
Ub/2 (trong phần giếng thế) và Ub/2 (trong phần rào thế). Chúng tôi đã khảo sát và nhận thấy hiệu ứng của hàm thế vô hướng tuần hoàn là làm biến điệu mạnh mẽ biên độ các hàm sóng mô tả các trạng thái riêng của điện tử pz. Các hàm sóng thậm chí trở nên bị định xứ trong miền giếng thế hoặc rào thế do sự triệt tiêu biên độ. Các trạng thái định xứ như thế có những đặc điểm khác thường ở chỗ chúng được tìm thấy cả ở bên ngoài vùng biên độ của thế năng và luôn nhúng trong phổ liên tục của các trạng thái mở rộng. Sự hình thành cấu trúc vùng năng lượng của GSLs bao gồm sự giống nhau và khác nhau của hai cấu hình A-
GSLs và Z-GSLs được giải thích thông qua sự kết nối của các hàm sóng trong các GNR thành phần tại biên tiếp xúc. Trên cơ sở các hiểu biết về sự thay đổi (so với graphene) của các trạng thái điện tử pz như vậy, chúng tôi đã thực tính toán độ dẫn quang của các màng graphene bằng cách sử dụng hình thức luận Kubo. Các tính toán cho thấy rằng mặc dù hàm thế có tác dụng làm tăng (so với trường hợp graphene tự do) số trạng thái của điện tử pz
trong miền năng lượng Ub 2 ,Ub 2, sự gắn kết quang học giữa các trạng thái trong miền năng lượng này lại bị suy giảm. Hệ quả là độ dẫn quang của GSLs bị suy giảm mạnh trong dải năng lượng photon 0,Ub. Các trạng thái điện tử có năng lượng nằm ngoài dải
Ub 2 ,Ub 2 ít bị ảnh hưởng hay chịu sự tác động yếu của hàm thế nên không làm thay đổi các phản ứng quang học. Cơ chế vi mô giải thích sự suy giảm độ dẫn quang học đã được làm rõ thông qua việc phân tích các yếu tố của ma trận chuyển quang cũng như phân tích các giá trị độ dẫn riêng phần do sự đóng góp của các quá trình chuyển quang giữa các vùng năng lượng xác định. Bức tranh vi mô có thể là phức tạp song biểu hiện tổng thể có thể thấy hết sức trực quan qua lời giải thích hiệu dụng: hàm thế có tác dụng pha tạp địa phương lên màng graphene và do đó dẫn tới sự ngăn cấm một số quá trình chuyển quang. Cuối cùng, sự phụ thuộc của độ dẫn quang vào sự phân cực của photon được giải thích là do sự bất đẳng hướng của các mặt năng lượng dưới tác động phá vỡ đối xứng gốc của mạng tinh thể graphene bởi dáng điệu của hàm thế. Các kết quả tính toán và các nhận thức thu được về các đặc điểm vi mô của điện tử trong các màng graphene dưới tác động của các hàm thế vô hướng, cũng như cách phản ứng lại của hệ điện tử với các tác động bên ngoài, có thể sẽ rất hữu ích cho việc nhận thức tiềm năng ứng dụng của graphene trong các lĩnh vực công nghệ như quang tử và quang điện tử trong tương lai.