Luận Văn Tốt Nghiệp: Nghiên Cứu Trạng Thái Giả Liên Kết Trong Graphene

• Tác giả: Nguyễn Hải Châu
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Văn Liễn
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết
• Đề tài: Trạng Thái Giả Liên Kết Trong Graphene
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CÁC TÍNH CHẤT ĐIỆN TỬ CƠ BẢN CỦA GRAPHENE
• 1.1. Cấu trúc tinh thể
• 1.2. Cấu trúc vùng năng lượng
• 1.3. Phương trình Dirac. Các trạng thái giả liên kết
• 1.4. Giải phương trình Dirac với thế một chiều bằng phương pháp T-ma trận
• 1.5. Các trạng thái giả liên kết
• 1.6. Giải thích hiện tượng bằng mô hình liên kết mạnh một chiều
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Trạng thái giả liên kết trong graphene

Luận văn tập trung vào việc khám phá trạng thái giả liên kết trong graphene, một hiện tượng quan trọng trong vật lý nano. Trạng thái giả liên kết là các trạng thái lượng tử không ổn định, có thời gian sống hữu hạn, được hình thành trong các cấu trúc lượng tử như Quantum Dot. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp T-ma trận để giải phương trình Dirac, mô tả hành vi của các electron trong graphene. Kết quả cho thấy, các trạng thái này phụ thuộc vào xung lượng ngang của electron và hình dạng của thế năng. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc chế tạo các linh kiện nano dựa trên graphene.

1.1. Phương pháp T ma trận

Phương pháp T-ma trận được sử dụng để giải phương trình Dirac trong graphene, đặc biệt trong trường hợp thế năng một chiều. Phương pháp này cho phép tính toán trực tiếp thời gian sống và độ rộng mức năng lượng của các trạng thái giả liên kết. Kết quả cho thấy, các trạng thái này không thể bị giam giữ hoàn toàn, ngay cả khi xung lượng ngang khác không. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế các Quantum Dot dựa trên graphene.

1.2. Hiện tượng chui ngầm Klein

Hiện tượng chui ngầm Klein là một hiện tượng đặc biệt trong graphene, nơi electron có thể chui qua các rào thế cao với xác suất gần bằng một. Hiện tượng này được mô tả bằng phương trình Dirac và có liên quan mật thiết đến trạng thái giả liên kết. Nghiên cứu chỉ ra rằng, xác suất chui ngầm phụ thuộc vào xung lượng ngang của electron, điều này làm cho việc giam giữ electron trong graphene trở nên phức tạp hơn so với các vật liệu bán dẫn truyền thống.

II. Cấu trúc và tính chất của graphene

Luận văn cung cấp một cái nhìn chi tiết về cấu trúc graphene và các tính chất điện của nó. Graphene là một lớp đơn nguyên tử của carbon, có cấu trúc mạng tổ ong hai chiều. Cấu trúc này tạo ra các tính chất điện tử độc đáo, như sự tồn tại của các giả hạt Dirac không khối lượng. Nghiên cứu sử dụng phương pháp gần đúng liên kết mạnh để tính toán cấu trúc vùng năng lượng của graphene, cho thấy sự tiếp xúc giữa vùng dẫn và vùng hóa trị tại các điểm Dirac.

2.1. Cấu trúc tinh thể graphene

Cấu trúc tinh thể graphene được mô tả như một mạng hai chiều gồm các nguyên tử carbon sắp xếp theo hình lục giác. Mỗi nguyên tử carbon liên kết với ba nguyên tử lân cận thông qua liên kết sigma, trong khi electron thứ tư tạo thành liên kết pi không định xứ. Cấu trúc này tạo ra các tính chất điện tử đặc biệt, như sự tồn tại của các giả hạt Dirac và hiện tượng chui ngầm Klein.

2.2. Cấu trúc vùng năng lượng

Cấu trúc vùng năng lượng của graphene được tính toán bằng phương pháp gần đúng liên kết mạnh. Kết quả cho thấy, vùng dẫn và vùng hóa trị tiếp xúc nhau tại các điểm Dirac, tạo ra các tính chất điện tử độc đáo. Các giả hạt Dirac trong graphene được mô tả bằng phương trình Dirac, điều này làm cho graphene trở thành một vật liệu lý tưởng cho nghiên cứu vật lý lượng tử và ứng dụng trong công nghệ nano.

III. Ứng dụng của graphene trong công nghệ nano

Luận văn nhấn mạnh tiềm năng ứng dụng của graphene trong công nghệ nano. Với các tính chất điện độc đáo, graphene có thể được sử dụng để chế tạo các linh kiện nano như Quantum Dot, transistor, và các thiết bị quang điện tử. Nghiên cứu về trạng thái giả liên kết và hiện tượng chui ngầm Klein mở ra hướng mới trong việc thiết kế các linh kiện nano dựa trên graphene, đặc biệt trong lĩnh vực điện tử và quang học.

3.1. Quantum Dot dựa trên graphene

Quantum Dot là các cấu trúc lượng tử có thể giam giữ electron trong không gian ba chiều. Tuy nhiên, việc giam giữ electron trong graphene gặp nhiều thách thức do hiện tượng chui ngầm Klein. Nghiên cứu về trạng thái giả liên kết trong graphene cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thiết kế các Quantum Dot hiệu quả, mở ra tiềm năng ứng dụng trong công nghệ nano.

3.2. Transistor graphene

Graphene được coi là vật liệu tiềm năng để thay thế silicon trong các transistor tương lai. Với độ dẫn điện cao và tính linh hoạt về cấu trúc, graphene có thể tạo ra các transistor có hiệu suất cao hơn và kích thước nhỏ hơn. Nghiên cứu về các tính chất điện của graphene và hiện tượng chui ngầm Klein đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các transistor dựa trên graphene.