Tek katmanlı grafenin elektronik taşınım özelliklerinin Monte Carlo yöntemi ile incelenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2015
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MERYEM DERYA ÖZDEMİR
Danışman: Metin Özdemir
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Grafen (graphene) ilk defa 2004 yılında sentezlenmis¸ tek bir atom kalınlıg˘ında bal peteg˘i o¨rgu¨su¨ne sahip karbon atomlarının olus¸turdug˘u bir malzemedir. Bir katmanlı grafende ters o¨rgu¨ uzayında Dirac noktaları olarak bilinen noktalar civarında du¨s¸u¨k en- erjiler ic¸in elektron enerjisi dalga vekto¨ru¨ne dog˘rusal olarak bag˘lıdır, bu nedenle etkin elektron ku¨tlesi sıfırdır, ayrıca malzemenin yasak enerji aralıg˘ı yoktur. Dog˘rusal bant yapısından dolayı grafende elektron hareketi, parc¸acıkların Fermi hızı (≈ c/300) ile hareket eden sıfır durgun ku¨tleli ro¨lativistik parc¸acıkları taklit ettig˘i Dirac denklemi ile ifade edilir. Bu tez c¸alıs¸masında tek katmanlı grafenin elektronik tas¸ınım o¨zellikleri en- semble Monte Carlo (EMC) yo¨ntemi ile incelenmis¸tir. Bu amac¸la grafendeki akustik, polar olmayan optik, yu¨zey polar optik fononlardan, yu¨klu¨ burus¸uklug˘undan kaynaklanan sac¸ılma mekanizmaları go¨z safsızlıklardan ve arayu¨zey o¨nu¨ne alınmıs¸tır. Yu¨klu¨ safsızlık sac¸ılması ve yu¨zey polar fonon sac¸ılması durumlarında perdeleme etksi de hesaba katılmıs¸tır. Uygulanan bir alan altında elektronların hız-zaman eg˘rileri bulunmus¸, belirli malzeme parametreleri ve uygulanan alan deg˘erlerinde ani hızlanma (overshoot) ve yavas¸lama (undershoot) etkileri go¨zlenmis¸tir. Ayrıca hız-alan eg˘rileri elde edilmis¸, saf grafen durumunda belirli malzeme parametreleri deg˘erinde negatif diferansiyel direnc¸ ol- gusu ortaya c¸ıkmıs¸tır. Bu etki akustik fonon sac¸ılma oranlarının artması ile azalarak tama- men yok olmus¸tur. Arayu¨zey burus¸uklug˘u ve safsızlık sac¸ılmaları elektron mobilitesini bu¨yu¨k oranda azaltmaktadır. Mobilite deg˘erleri hem iletkenlik hesaplamalarından hem de Monte Carlo hesaplamalarından bulunmus¸tur. Mobilitenin sıcaklıg˘a bag˘ımlılıg˘ı hesaplanmıs¸ ve sıcaklık ile monoton olarak azaldıg˘ı go¨zlenmis¸tir. Ayrıca mobilitenin elektron yog˘unlug˘una bag˘ımlılıg˘ı da incelenmis¸tir. Elektron yog˘unlug˘una bag˘ımlılık temel olarak elektronların fermi enerjisinin elektron yog˘unlug˘una bag˘ımlılıg˘ından kay- naklanmaktadır. Anahtar Kelimeler: Tek tabaka grafen, Monte Carlo, Sac¸ılma, Su¨ru¨klenme hızı, Mo- bilite.