Nghiên cứu đặc trưng plasmon và tính chất động lực học của hệ điện tử trong graphene

• Đề tài: Đặc Trưng Plasmon Và Động Lực Học Hệ Điện Tử Trong Graphene
• Loại tài liệu: luận án

• MỤC LỤC
• Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
• Danh mục các hình vẽ
• 1. CHƯƠNG 1: Cơ sở lý thuyết nghiên cứu các tính chất động lực của hệ điện tử và các tính chất vật lý cơ bản của hệ điện tử hai chiều trong mạng graphene
• 1.1. Một số khái niệm cơ sở
• 1.1.1. Hệ phương trình Maxwell vĩ mô và một số đại lượng quang học đặc trưng
• 1.1.2. Phản ứng của vật liệu đối với sóng điện từ phân cực dọc và phân cực ngang
• 1.1.3. Dao động tử Lorentz và khái niệm hiệu ứng trường địa phương
• 1.1.4. Phương pháp trường tự hợp và phép gần đúng pha ngẫu nhiên RPA
• 1.1.5. Hàm điện môi và tán sắc plasmon
• 1.2. Tính chất cơ bản của graphene
• 1.2.1. Liên kết hóa học
• 1.2.2. Phân tích cấu trúc mạng tinh thể của graphene
• 1.2.3. Cấu trúc điện tử của graphene trong mô tả gần đúng liên kết chặt
• 1.2.4. Độ dẫn quang của graphene
• 1.2.5. Tính chất quang của siêu mạng graphene
• 1.3. Sự truyền sóng điện từ trong graphene
• 1.3.1. Các cấu hình TM và TE của sóng điện từ bề mặt
• 1.3.2. Sóng điện từ SPPs trong graphene
• 1.3.3. Gần đúng RPA và công thức Lindhard cho hàm điện môi
• 2. CHƯƠNG 2: Tính toán hàm điện môi trong gần đúng RPA và khảo sát các đặc trưng plasmon của graphene trong mô hình điện tử liên kết chặt với lân cận gần nhất
• 2.1. Phương pháp giải tích tính hàm phân cực trong giới hạn pha tạp yếu và nhiệt độ tuyệt đối
• 2.1.1. Hàm điện môi RPA áp dụng cho graphene
• 2.1.2. Tính phần ảo và phần thực của P0 (q, ω)
• 2.1.3. Tính phần ảo và phần thực của P (q, ω)
• 2.1.4. Tổng hợp kết quả tính hàm phân cực
• 2.1.5. Đặc trưng tán sắc căn bậc hai của plasmon
• 2.1.6. Kết quả và thảo luận
• 2.2. Hàm điện môi và các đặc trưng plasmon của graphene ở điều kiện nhiệt độ và nồng độ pha tạp hữu hạn
• 2.2.1. Phương pháp số tính hàm điện môi RPA
• 2.2.2. Kết quả và thảo luận
• 2.3. Hiệu ứng của nhiệt độ và tính bất đẳng hướng của cấu trúc vùng năng lượng lên các đặc trưng hàm điện môi và phổ plasmon của graphene
• 2.3.1. Hiệu ứng của nhiệt độ
• 2.3.2. Hiệu ứng bất đẳng hướng của mặt năng lượng
• 3. CHƯƠNG 3: Các đặc trưng plasmon của graphene trong chế độ pha tạp cao
• 3.1. Năng lượng và hàm sóng điện tử trong gần đúng TB lân cận thứ hai
• 3.1.1. Phương pháp TB ở lân cận thứ hai
• 3.1.2. Xác định các thông số TB và tính bất đẳng hướng của cấu trúc vùng năng lượng xung quanh hai điểm K
• 3.1.3. Mật độ trạng thái
• 3.2. Các đặc trưng plasmon của graphene ở độ pha tạp cao
• 3.2.1. Tính hệ số chồng chập
• 3.2.2. Các đặc trưng plasmon
• 4. CHƯƠNG 4: Hàm điện môi có tính đến hiệu ứng trường địa phương. Áp dụng cho kích thích plasmon ứng với sự chuyển trạng thái giữa các điểm K trong graphene
• 4.1. Hàm điện môi vĩ mô có tính đến hiệu ứng trường địa phương
• 4.1.1. Hàm điện môi vĩ mô
• 4.1.2. Hằng số điện môi vĩ mô RPA
• 4.2. Đặc trưng plasmon ứng với sự chuyển trạng thái giữa hai điểm K
• Kết luận và kiến nghị
• Tài liệu tham khảo
• Danh mục các công trình đã công bố của luận án

I. Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày các khái niệm cơ bản về graphene và hệ điện tử trong đó. Các phương trình Maxwell được sử dụng để mô tả sự tương tác của plasmon với sóng điện từ. Đặc biệt, hiệu ứng trường địa phương và phương pháp gần đúng pha ngẫu nhiên (RPA) được thảo luận để hiểu rõ hơn về tính chất plasmon. Các nghiên cứu cho thấy rằng đặc điểm plasmon trong graphene có thể được điều chỉnh thông qua nồng độ electron.

1.1. Hệ phương trình Maxwell

Hệ phương trình Maxwell mô tả sự tương tác giữa hệ điện tử và sóng điện từ. Các đại lượng quang học đặc trưng được xác định, cho thấy sự phản ứng của graphene đối với sóng điện từ phân cực dọc và ngang. Điều này giúp hiểu rõ hơn về động lực học của hệ điện tử trong graphene.

1.2. Dao động tử Lorentz

Dao động tử Lorentz được sử dụng để mô tả các trạng thái kích thích trong graphene. Hiệu ứng trường địa phương được xem xét để phân tích sự tương tác giữa plasmon và hệ điện tử. Kết quả cho thấy rằng các trạng thái này có thể ảnh hưởng đến tính chất quang của vật liệu.

II. Tính chất cơ bản của graphene

Chương này tập trung vào tính chất plasmon và cấu trúc mạng tinh thể của graphene. Liên kết hóa học và cấu trúc điện tử được phân tích để hiểu rõ hơn về đặc điểm plasmon. Đặc biệt, độ dẫn quang của graphene được thảo luận, cho thấy khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh mẽ của vật liệu này.

2.1. Liên kết hóa học

Liên kết hóa học trong graphene được mô tả bằng mô hình liên kết chặt. Cấu trúc mạng tinh thể hình tổ ong tạo ra các đặc tính điện tử độc đáo, cho phép plasmon tồn tại và phát triển trong vật liệu này. Điều này mở ra khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực như nano-plasmonics.

2.2. Cấu trúc điện tử

Cấu trúc điện tử của graphene được mô tả gần đúng bằng mô hình Dirac. Các dải năng lượng dẫn và hóa trị tiếp xúc tại các điểm K trong vùng Brillouin. Điều này cho thấy sự tồn tại của các mode plasmon, đặc biệt là mode Dirac plasmon, có quy luật tán sắc tỉ lệ thuận với căn bậc hai của số sóng.

III. Đặc trưng plasmon trong graphene

Chương này khảo sát các đặc trưng của plasmon trong graphene ở các điều kiện khác nhau. Các nghiên cứu cho thấy rằng năng lượng plasmon có thể được điều chỉnh thông qua nồng độ electron và nhiệt độ. Điều này mở ra khả năng ứng dụng trong các linh kiện quang điện tử.

3.1. Năng lượng plasmon

Năng lượng plasmon trong graphene được xác định thông qua các phương pháp tính toán khác nhau. Các mode plasmon như pi-plasmons được phát hiện, cho thấy sự phong phú trong các trạng thái kích thích của hệ điện tử. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các ứng dụng quang học.

3.2. Ứng dụng trong nano plasmonics

Các đặc trưng plasmon của graphene có thể được ứng dụng trong nano-plasmonics, mở ra khả năng phát triển các linh kiện quang điện tử mới. Việc điều chỉnh nồng độ electron cho phép kiểm soát các đặc tính plasmon, tạo ra các ứng dụng tiềm năng trong công nghệ quang học.