TRUONG ĐẠI HỌC SU PHAM THÁNH PHO HO CHÍ MINH KHOA VAT LY NGUYEN NHU TAN LANH KHOA LUAN TOT NGHIEP THANH PHO HO CHi MINH, NAM 2024 TRUONG ĐẠI HỌC SU PHAM THÁNH PHO HO CHÍ MINH KHOA VAT LY KHOA LUAN TOT NGHIEP Thuộc lĩnh vực khoa học và công nghệ: Vật lý lý thuyết Chuyên ngành: Vật Lý Họ và tên sinh viên: Nguyễn Nhữ Tan Lanh Nam, nữ: Nam Ngày sinh: 25/12/2002 Nơi sinh: Khánh Hòa Chương trình đảo tạo: Vật Lý Học MSSV: 46.vn Điện thoại: 0327286184 Giảng viên hướng dân: TS. Đặng Khánh Linh THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH, NĂM 2024 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện khỏa luận, tôi đã nhận được nhiều sự hỗ trợ của các thay cô khoa Vật Lý, bạn bẻ, người thân. Đầu tiên thì tôi xin cảm ơn thầy TS. Đặng Khánh Linh trong suốt thời gian qua đã tận tình hướng dẫn, chỉnh sửa, góp ý về những kết qua mà tôi đã làm được.
Tôi xin chân thành cảm ơn chị Lê Nguyễn Hoàng Giao đã hỗ trợ tôi kiểm tra các công thức tính toán và các mã code. Tôi cũng xin cảm on Phòng Vật Ly Tính Toán, K002, dãy K, Khoa Vat Ly, trường Đại học Sư phạm TP. Hỗ Chi Minh đã tạo điều kiện cho tôi được học tập hoan thành tốt nghiên cứu này. Mặc dù tôi đã có gắng hoàn thiện khóa luận này nhưng do kiến thức còn chưa chuyên sâu nên vẫn khó tránh khỏi những thiếu sót.
Tôi kính mong được quý thay cô hội đồng phan biện góp ý dé khóa luận nảy được hoàn thiện và những góp ý quý báu này sẽ giúp cho những lần nghiên cứu tiếp theo của tôi đạt kết quả vượt trội hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thành phó Hỗ Chí Minh, tháng 4 năm 2024 Nguyễn Nhữ Tan Lanh MỤC LỤC OCG. sane taii0gi11430/10030209381062101230128389310902080131830141860302362082388011388813014208223308/1088102680 i MỤC LỰC ::s:-ccäneiprieeiiiniiiiieiitii12112231123732358535853188318235359395235523582358535873587358585858562 il ĐANHMU€HINHANH-öseeenenonoernensnniroi--anrnnnnniiiioinansnnanoai iv DANH MỰC CÁC TỪ VIET TẤT öeoonniooneeooeoronrnioorinninnnniannarsnnsosanani v DNB 10) T0 T090 0. 1 CHUONG 1, HỆ GRAPHENE BA LOP ooo.
Cấu trúc mạng BLG. Các trạng thái năng lượng của hạt tải trong bilayer graphene. Hệ Graphene ba lớp. ác nh HH HH nàn Hàng ng H 1/2:1.G1001HMĐ0fỆ:isiseseieieiieiiooiiiiiisiiiiiti4i36101412220563314362233223536538653 H 1.
Thế tương tác Coulomb điện tử-điện từ. Si ie Il 19 RBG Ñfffiosaennnnnnnnnnnnsiniiiiitnisiiiti90056100310D000058003301500758030310070073808580:307385 12 CHUONG 2. LY THUYET GAN DUNG PHA NGAU NHIEN DA THANH PHAN 13 2. Lý thuyết tổng quắtt.
Lý thuyết gần đúng pha ngẫu nhiên. Lý thuyết gan đúng pha ngẫu nhiên đa thành phân. Ứng dụng cho hệ graphene ba lớp.--2- 22 22Ezz+£zzz+tzserzseec. 20 DUB, (Gt ÑHBiiansnnannnnrinintittiiniiiniiiililiigSTEDNEEEHBHIDEBHHISERE.
CAC KET QUA TINH THE TUONG TAC DIEN TU-TAP CHAT TRONG HE GRAPHENE BA LỚP. Sử dụng phương pháp moi quan hệ tỉ lệ để xác định vai trò của the tương tác điện tử-tạp lì no: (itadđaẳđaia. Thế tương tác điện tử-tạp chất trong hệ Graphene ba lớp. Các kết quả tính.
Trưởng hợp K1 = K2 = K3 = K4 = 1. Trường hợp K1 = K2 = K3 = K4 = 6,. Trường hợp K1 = 12,53; K2 = 6,1;K3 = 3,9; K4 = 1. Kiểm chứng độ dẫn điện 01, ø2, ø3 tại T = 0K.-- 31 KET LUAN VÀ HƯỚNG PHAT TRIỂN.
ii 34 DANH MỤC TÀI LIEU THAM KHẢO .-2-52- 22222222322 322222222 Ezcvxssrree 36 iti DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Sơ đô biểu diễn cau trúc tinh thé của AB-stacked BLG. Cau trúc dain của Graphene được vẽ bằng cách sứ dụng mô hình liên kết chặt lân cận gân na. Mang đảo và vùng Brillouin thứ nhất của MLG và BLG.
Cau trúc vùng năng lượng (vùng năng lượng thấp) của BLG.1, Sơ do hệ Graphene ba lớp [Š0].:---:5255-sc5ccccccccccccse- ll Hình 2. Gian đô Feynman cho tương tác Coulomb bị chan trong RPA. Gian đồ Feynman về độ phân cực (giản đồ vong tô đậm) cho hệ điện tử TONG 1AC TONG PUPAL ciicitccsstciitiiiioä1110311531153312353685316338533583535313553553555555355563358353g33356558565 15 Hình 2. Giản đồ Feynamnn minh họa cách tính thé tương tác điện tử-tạp chat bị Z0.
Thể tương tác điện tứ-tạp chat là một hàm theo q tại T = 0 K khi K = KỀ SOS) KỆ Ì|.::‹:::‹ci:cccocisi22510205123150551223215555461585586515025188385655533555835586456255855585615555856 26 Hình 3. Thể tương tác điện tứ-tạp chat là một ham theo q tại T = 0 K khi K1 = FEZ) =INS SE IỦ (cpctiintiisiiiisii5446516135122121351553138331551384316835835453588835835358555851385653383866 28 Hình 3. Thế tương tác điện tứ-tạp chất là một hàm theo qtạiT = 0K khi K1 = 12155:.6/1NSG E I0! NÀ E ÌL:ciiniitiontntatiitsti4i202136331081053301601163610518288/8881888836i 30 Hình 3. Sự phụ thuộc của độ dan điện o vào khoảng cách d giữa các lớp tại T = OK, 1 =K2 = 3 = K4= Ì; Õ,].
Sự phụ thuộc của độ dân điện o vào khoảng cách d giữa các lớp tại T = OK, K1 = 12,53; K2 = 6,1; K3 = 3,9; K4 = Ì.ccoeioiee 33 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TÁT Từ viết tắt Từ Tiếng Anh đầy đủ Dịch sang Tiếng Việt An ordinary 2-Dimensional Electron ; 2DEG Hệ khí điện tử 2 chiêu Gas 2DHG An ordinary 2-Dimensional Hole Gas _ Hệ khí lỗ trống 2 chiều MLG Monolayer Graphene Graphene đơn lớp BLG Bilayer Graphene Graphene lớp kép 3BLG 3-layer Bilayer Graphene Graphene 3 lớp kép TFA Thomas-Fermi Approximation Gan đúng Thomas-Fermi RPA Random Phase Approximation Gan đúng pha ngẫu nhiên Multi-componet Random Phase Gần đúng pha ngẫu nhiên MRPA ¬ ; Approximation da thanh phan £ H ñ Quantum coherence Sự cô kết lượng tử MỞ DAU Lý do chọn đề tài Trong khoảng hai mươi năm cudi của thé ky XX, nhịp độ phát triển của khoa học công nghệ với nhu cầu chế tạo ra các linh kiện nhỏ gọn đã đòi hỏi ngành vật lý chat ran chuyên hướng nghiên cứu từ các khối tinh thé sang các hệ thấp chiều. Đầu tiên đó là các hệ khí điện tử/ lỗ trống hai chiều (2DEG/2DHG). Tính chất vận chuyên của các hệ nay cũng đã được nghiên cứu nhiều trong những năm 90 của the ky XX và cho đến hiện nay [1-6]. Nam 2004, Monolayer Graphene được cô lập trong phòng thí nghiệm bởi hai nhà vật lý Andre Geim và Kostya Novoselov bằng việc tách lớp cơ học từ graphite, đã mở ra một hướng nghiên cứu mới: nghiên cứu các vật liệu 2 chiều.
Graphene là loại vật liệu được tạo thành từ một lớp các nguyên tử carbon, sắp xếp theo cấu trúc lục giác đều trong không gian 2 chiều [7]. Graphene rất được wa chuộng không chi cho những nghiên cứu cơ bản mà còn cho những ứng dụng đa dang trong công nghệ. bởi những đặc trưng nỗi bật của nó như: độ linh động cao, hệ số đàn hồi cao (gap mười lần so với thép), độ trong suốt với ánh sáng, bè dày lớp mỏng va điện tích bề mặt lớn. Hiện nay, các hệ cau trúc nhiều lớp có Graphene/ Bilayer Graphene bao gom nhiều vật liệu mỏng với kích cỡ nguyên tử (vật liệu 2D), mà một trong (hoặc tất cả) các vật liệu đó là Graphene/ Bilayer Graphene va được phan cách nhau bởi các lớp điện môi, đã được quan tam khảo sat trong cả lý thuyết lẫn thực nghiệm.
Một số nghiên cứu cho các cấu trúc lớp đôi trong họ các hệ cau trúc nhiều lớp này la: MLG — MLG [8-11] MLG — GaAs (Khí điện tử 2 chiều (2DEG) trong cau trúc dị thé GaAs/AlGaAs mà chúng ta gọi tắt là MLG-GaAs) [12-16], BLG — GaAs [17-19], BLG — MLG [20, 21], BLG — BLG [22-26]. Trong nghiên cứu về MLG, BLG và các cau trúc lớp đôi của chúng thì khảo sát tính chất điện cũng như các đặc trưng vận chuyên va các hiệu ứng tập thê là rất quan trọng đối với việc tìm kiếm những vật liệu và linh kiện điện tử cũng như cải tiền chat lượng của chúng. Có thé ké đến ở đây một số các kết quả đã đạt được trong các nghiên cứu trong và ngoải nước: ¢ Các tính chất vận chuyên của MLG, BLG được khảo sát bởi nhiều tác giả, nhóm tác giả bằng việc sử dụng hàm điện môi trong gần đúng Thomas-Fermi (TFA), gần đúng pha ngẫu nhiên (RPA) nhiệt độ hữu hạn dé xét sự chan [27-38]. Các tác giả chỉ ra rằng cơ chế tán xạ tạp chất tích điện là quan trọng khi khảo sát các tinh chat vận chuyên của MLG, BLG.
« Anh hưởng tương quan của cơ chế tán xạ tạp chất tích điện lên độ dẫn điện của MLG, BLG bang việc sử dụng hàm điện môi trong gần đúng RPA tại 7 = 0 K và T # 0 K [39-44]. Các nghiên cứu này cho thay rằng khảo sat tại T = 0 K băng lý thuyết cho kết quả định tính tốt (có thé làm cơ sở dé dự đoán) vẻ ảnh hưởng của tương quan tap chất lên độ dẫn điện so với khảo sát bằng thực nghiệm tại 7 # 0 K. e Các tính chất vận chuyên cho các cầu trúc lớp đôi MLG-MLG, MLG-GaAs, BLG-BLG, BLG-GaAs cũng được khảo sát bởi một số các tác giả, nhóm tác giả [10, 16, 25-26, 44]. Mục đích của các nghiên cứu nay là tính toán những tác động của môi trường điện môi không đồng nhất, từ trường, khoảng cách giữa 2 lớp lên độ dẫn điện, điện trở, từ trở của các cầu trúc lớp đôi này trong gần đúng RPA tại nhiệt độ T = 0 K và T #0K.
Theo hiểu biết của chúng tôi cho đến khi thực hiện khóa luận thi vẫn chưa có những tính toán nào về độ dẫn điện trong hệ Graphene ba lớp. Ngoài ra, nghiên cứu [19, 26] đã chi ra rằng có thé khảo sát tương tác điện tử-tạp chất đẻ xác định định tính sự biến đổi của độ dẫn điện trong hệ cấu trúc nhiều lớp. Do đó trong khóa luận này, tôi sẽ tính thế tương tác điện tử-tạp chất cho hệ Graphene ba lớp theo những giá trị khác nhau của bẻ day, hằng số điện môi của các lớp đệm. Dé tải nảy sẽ làm rõ sự ảnh hưởng của bè day, hằng số điện môi của các lớp đệm lên thế tương tác điện tử-tạp chất của hệ Graphene ba lớp.
Mục tiêu mà khóa luận này của chúng tôi hướng đến đó là — Phân tích từ các kết quả của các bài báo đã đăng về hệ 2 lớp dé nhận định việc sử đụng thé tương tác Coulomb điện tử-tạp chat cho việc đánh giá định tính độ dẫn điện của hệ 3 lớp. — Áp dụng cho hệ Graphene 3 lớp với: + Độ dẫn điện của lớp thứ nhất theo sự thay đối khoảng cách giữa các lớp khi tạp chat chi ở trên lớp thứ nhất, + Độ dẫn điện của lớp thứ hai theo sự thay đồi khoảng cách giữa các lớp khi tạp chất chỉ ở trên lớp thứ hai, + Độ dan điện của lớp thứ ba theo sự thay đôi khoảng cách giữa các lớp khi tạp chất chỉ ở trên lớp thứ ba.