transporte cuántico en grafeno: interacción dinámica de intercambio y estados cuasi-unidimensionales estacionarios

Abstract

Esta tesis doctoral versa sobre el transporte electrónico en sistemas de baja dimensión. En particular, se utlizan diferentes formalismos para abordar fenómenos cuánticos en el transporte electrónico en grafeno. Por una parte, se estudia la interacción de intercambio en los procesos de transporte electrónico dependientes del tiempo, mediante la teoría de trayectorias Bohmianas para paquetes de ondas. Se demuestra que la densidad de estados en el espacio de fases puede entenderse a través de la probabilidad de encontrar electrones con configuraciones similares. Debido a la repulsión de Pauli, cada electrón ocupa una región 2π en el espacio de fases. A través de la velocidad de los electrones, la densidad de estados electrónicos puede relacionarse con la densidad de flujo electrónico. La importancia de este nuevo concepto se hace evidente al tratar de modelizar la inyección de electrones en los nanodispositivos. En particular se muestra que la inyección balística en el grafeno es muy diferente de la inyección en nanodispositivos convencionales (con dispersiones parabólicas) debido a su particular relación de dispersión lineal y alta velocidad de Fermi. Este particular ritmo de entrada de electrones en el grafeno también produce un cambio importante en el ruido electrónico a alta frecuencia en el regimen balístico. Estos resultados abren nuevas perspectivas para el estudio del transporte cuántico dependiente del tiempo para muchos cuerpos. Por otra parte, con el fin de explorar los efectos de producir nanoondulaciones en el grafeno, se realizó un estudio de las propiedades electrónicas de transporte utilizando la Teoria de la Densidad Funcional y la función de Green. Se predice la formación de transporte cuasi-unidimensional en nanoondulaciones de grafeno, marcado por la cuantización de la conductancia tanto para ondulaciones a lo largo de la orientación cristalográfica armchair como de la zigzag.

This dissertation deals with electronic transport in low dimensional systems. In particular, quantum phenomena in electronic transport in graphene are addressed using different formalisms. On one hand, the exchange interaction in time-dependent processes in electron transport is studies with Bohm trajectories for wavepackets. It is shown that the density of states in phase space can be understood through the probability of finding similar electron configurations. Due to the Pauli repulsion, each electron occupies a region 2π in phase space. Through the speed of electrons, the density of states (DOS) can be related to the density of flux (DOF). The relevance of this new concept is evident when modeling the injection of electrons into nanodevices. In particular, it is shown that ballistic injection in graphene is very different from injection into conventional nanodevices (with parabolic dispersions) due to its particular linear dispersion relation and high Fermi velocity. This particular rate of incoming electrons into graphene also produces a significant change in the highfrequency electronic noise in the ballistic regime. These results open new perspectives for the study of time-dependent many-body quantum transport. On the other hand, in order to explore the effects of producing nanoripples in graphene, a study of electronic transport properties using the Density Functional Theory and the Green's function was performed. Quasi-one-dimensional transport in graphene nanocorrugations has been predicted, highlighted by the quantization of conductance for undulations along both armchair and it zigzag crystallographic orientations.