Electronic quantum transport in two-dimensional nanostructures: methods and applications - Santos, Tatiane Pereira dos (2018)
A presente tese aborda propriedades de transporte eletrônico quântico em materiais bidimensionais sob diferentes configurações, tanto nos regimes estacionário quanto dependente do tempo. A apresentação do conteúdo desta tese é dividida em duas partes principais. A primeira parte dedica-se ao transporte quântico em correntes DC no regime de resposta linear. Para este fim, apresentamos uma discussão sobre um método numericamente eficiente para o cálculo das propriedades de transporte em sistemas de espalhamento na representação tightbinding. Usando o formalismo de Landauer-Büttiker, descrevemos de forma auto-contida, o método da Correspondência de Função de Onda (Wave Function Matching - WFM), o qual permite calcular propriedades de transporte em nanoestruturas. Em seguida, demonstramos que o número de operações numéricas envolvidas na computação da condutância escala linearmente com o número de sítios discretos do sistema de interesse, O(N) e linearmente com o número de canais de condução, para um modelo realístico de uma nanoestrutura. Ainda na primeira parte desta tese, discutimos duas aplicações. A primeira aplicação consiste no estudo do efeito de corrugações na localização fraca demonstrada através da magnetocondutância em amostras de grafeno desordenado. Para tanto, investigamos dois tipos diferentes de desordem: quiral e escalar. Sabe-se que o primeiro tipo é responsável por gerar campos pseudomagnéticos aleatórios, os quais devem afetar a coerência de fase e os tempos de relaxação de momento no sistema. O segundo tipo de desorder afeta criticamente o sinal da correção quântica na condutividade para campos magnéticos externos baixos, fazendo com que a magnetocondutividade transite entre a localização fraca e anti localização fraca, em função do comprimento de correlação das deformações. Demonsramos numericamente que as deformaccões em nanofitas de grafeno são responsáveis pela supressão do termo de correção de localização fraca como resultado da presença do campo pseudomagnético aleatório. Também analisamos as deformações que ocorrem paralelamente ao plano do grafeno de duas formas: considerando a interação da nanofita com um substrato e com a inclusão de um campo magnético paralelo. O total destes efeitos pode ser usado como uma fonte de medição das características dos possíveis tipos de desordem subjacentes. Quanto à segunda aplicação do método WFM estacionério, investigamos as propriedades de magnetotransporte em amostras de grafeno desordenadas sob regime Hall quântico (Quantum Hall - QH). Estudamos o efeito da desordem em estados na região de transição entre plateaus Hall, especialmente quanto as propriedades de escala. Tais estados de transição são bem conhecidos no contexto de gases de elétrons bidimensionais e tem demonstrado um comportamento universal. Contudo, em grafeno, o qual exibe um efeito Hall quântico anômalo como conseqüência da degeneração de vale, os estados de transição ainda não foram abordados. Portanto, discutimos como os processos de espalhamento inter-vales e intra-vales, modelados pelas diferentes configurações de desordem, afetam os estados de transição entre plateaus Hall no grafeno. A segunda parte desta tese é dedicada ao estudo da teoria de transporte dependente do tempo. Para isso, estendemos o formalismo WFM, discutido na primeira parte da presente tese, para o domínio temporal, donde incluímos uma perturbação dependente do tempo. Em seguida, apresentamos uma revisão de um método dependente do tempo na aproximação tightbinding sob a influência de uma perturbação externa dependente do tempo. Introduzimos então operadores locais que funcionam como sondas de efeitos transitórios. Como aplicação a tal formalismo, propomos o modelo de um colisor de pulsos eletrônicos de tensão em regime interagente. O pulso é gerado por estados eletrônicos projetados em estados de fios quase unidimensionais, os quais funcionam como guias para uma colisão perpendicular. Usando estudos com correntes DC, discutimos possíveis configurações estacionárias as quais permitem criar um potencial focalizador de pulsos. Por último, incluímos interações Coulombianas utilizando a aproximação de Hartree-Fock dependente do tempo. Comparando as colisões em função de um atraso relativo entre a emissão dos pulsos, observamos que o desvio de corrente por interação de Coulomb é máximal fora da situação sincronizada.