Электронные свойства графена с точечными дефектами
Предпринята попытка последовательного рассмотрения электронного спектра графена, содержащего
 дефекты (адсорбированные атомы, атомы замещения, вакансии), которые могут быть адекватно описаны
 в рамках модели Лифшица. В этой связи для случая двумерных релятивистских электронов выбирае...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Datum: | 2018 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2018
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176470 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Электронные свойства графена с точечными дефектами / Ю.В. Скрипник, В.М. Локтев // Физика низких температур. — 2018. — Т. 44, № 11. — С. 1417-1455. — Бібліогр.: 108 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1862533879005446144 |
|---|---|
| author | Скрипник, Ю.В. Локтев, В.М. |
| author_facet | Скрипник, Ю.В. Локтев, В.М. |
| citation_txt | Электронные свойства графена с точечными дефектами / Ю.В. Скрипник, В.М. Локтев // Физика низких температур. — 2018. — Т. 44, № 11. — С. 1417-1455. — Бібліогр.: 108 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика низких температур |
| description | Предпринята попытка последовательного рассмотрения электронного спектра графена, содержащего
дефекты (адсорбированные атомы, атомы замещения, вакансии), которые могут быть адекватно описаны
в рамках модели Лифшица. В этой связи для случая двумерных релятивистских электронов выбирается
известный для данной модели гамильтониан и приводятся критерии появления вблизи точки Дирака
примесного резонанса. Излагается теория концентрационной трансформации зонной структуры графена,
из которой следует, что по достижении строго определенного значения концентрации примеси в окрестности энергии примесного резонанса открывается транспортная щель. Попутно анализируется вопрос о
возможности (либо невозможности) локализации в такой пространственно неупорядоченной системе дираковских квазичастиц. На этой основе удается дать объяснение и провести описание недавно наблюдавшегося в примесном графене явления — перехода металл–диэлектрик, который оказывается прямым
следствием попадания энергии Ферми системы в область транспортной щели. Вводится и обосновывается концепция перестройки локального спектра графена, которая также может осуществляться по мере
роста в нем концентрации дефектов. Формулируются физические причины, по которым положение минимума низкотемпературной проводимости графена как функции энергии Ферми электронов соответствует именно энергии примесного резонанса, а не точке Дирака, как это утверждалось в ряде теоретических и экспериментальных исследований. При этом само минимальное значение, как оказывается,
универсальной величиной не является, а зависит от концентрации дефектов. Аналитическое рассмотрение примесных эффектов сопровождается численным моделированием рассматриваемой системы, в результате которого установлено полное соответствие между этими двумя подходами. В частности, подтверждаются общая картина перестройки спектра, локализация электронных состояний, а также
эффекты, имеющие локальную природу.
Зроблена спроба послідовного розгляду електронного спектру графена, що містить точкові дефекти (атоми заміщення,
адсорбовані атоми, вакансії), які можуть бути послідовно описані в рамках моделі Ліфшиця. Через це для випадку двовимірних релятивістських електронів вибирається відомий для
даної моделі ґамільтоніан і наводяться критерії появи поблизу
точки Дірака домішкового резонансу. Далі викладається теорія концентраційної трансформації електронної структури
графена, з чого випливає, що при досягненні строго визначеного значення концентрації домішки поблизу енергії домішкового резонансу відкривається транспортна щілина. Одночасно
аналізується питання щодо можливості (або неможливості)
локалізації у такій просторово неоднорідній системі дираківських квазічастинок. На цій основі вдається дати пояснення і
провести опис явища, яке нещодавно спостерігалося у домішковому графені, — переходу метал–діелектрик, що виявляється прямим наслідком попадання енергії Фермі системи до
області транспортної щілини. Вводится і обгрунтовується
концепція перебудови локального спектру графена, яка також може відбуватися у відповідності до зростання у ньому
концентрації домішки. Формулюються фізичні причини, за
якими положення мінімуму низькотемпературної провідності
графена як функції енергії Фермі електронів відповідає саме
енергії домішкового резонансу, а не точці Дірака, як це стверджувалося у ряді теоретичних та експериментальних досліджень. При цьому експериментальне значення, як виявляється,
не є універсальною величиною і залежить від концентрації
дефектів. Аналітичний розгляд домішкових ефектів супроводжується чисельним моделюванням системи, що розглядається,
в результаті чого встановлена повна відповідність між цими
двома підходами. Зокрема, знаходять підтвердження загальна
картина перебудови спектру, локалізація електронних станів, а
також ефекти, що мають локальну природу.
An attempt has been made to study consecutively the electronic spectrum of graphene, containing defects (such as adsorbed
atoms, substitutional atoms, vacancies), which can be adequately
described by the Lifshitz model. For this purpose, the known
Hamiltonian of the given model is chosen in the case of twodimensional relativistic electrons, and criteria for the appearance
of an impurity resonance near the Dirac point are provided. Then,
the theory of the concentration band structure transformation in
graphene is presented, from which it follows that when a specific
value of the impurity concentration is reached, a transport gap
develops in the vicinity of the impurity resonance energy. In passing, the question on the possibility (or impossibility) to localize
Dirac quasiparticles in such a spatially disordered system is
analyzed. On this ground, it becomes possible to explain and describe the recently observed phenomenon in the impure graphene
— the metal-insulator transition, which turns out to be a direct
consequence of the Fermi level’s entering inside the transport gap
domain. The concept of local spectrum rearrangement, which can
also unfold with increasing the concentration of defects, is introduced and justified for graphene. We formulate the physical reasons why the minimum position in the low-temperature conductivity dependence on the Fermi energy of electrons in graphene
does correspond to the impurity resonance energy, but not to the
Dirac point, as it was claimed in a number of theoretical and experimental studies. At that, the mentioned minimum value, as it
became apparent, is not a universal value, but depends on the
concentration of defects. Analytical approach to impurity effects
is accompanied by numerical modeling of the system under consideration, by which means a complete correspondence between
these two approaches is established. In particular, the general
scenario of the spectrum rearrangement, the localization of electronic states, as well as effects that are of a local nature, are confirmed.
|
| first_indexed | 2025-11-24T06:46:16Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-176470 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0132-6414 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T06:46:16Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Скрипник, Ю.В. Локтев, В.М. 2021-02-04T19:00:27Z 2021-02-04T19:00:27Z 2018 Электронные свойства графена с точечными дефектами / Ю.В. Скрипник, В.М. Локтев // Физика низких температур. — 2018. — Т. 44, № 11. — С. 1417-1455. — Бібліогр.: 108 назв. — рос. 0132-6414 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176470 Предпринята попытка последовательного рассмотрения электронного спектра графена, содержащего
 дефекты (адсорбированные атомы, атомы замещения, вакансии), которые могут быть адекватно описаны
 в рамках модели Лифшица. В этой связи для случая двумерных релятивистских электронов выбирается
 известный для данной модели гамильтониан и приводятся критерии появления вблизи точки Дирака
 примесного резонанса. Излагается теория концентрационной трансформации зонной структуры графена,
 из которой следует, что по достижении строго определенного значения концентрации примеси в окрестности энергии примесного резонанса открывается транспортная щель. Попутно анализируется вопрос о
 возможности (либо невозможности) локализации в такой пространственно неупорядоченной системе дираковских квазичастиц. На этой основе удается дать объяснение и провести описание недавно наблюдавшегося в примесном графене явления — перехода металл–диэлектрик, который оказывается прямым
 следствием попадания энергии Ферми системы в область транспортной щели. Вводится и обосновывается концепция перестройки локального спектра графена, которая также может осуществляться по мере
 роста в нем концентрации дефектов. Формулируются физические причины, по которым положение минимума низкотемпературной проводимости графена как функции энергии Ферми электронов соответствует именно энергии примесного резонанса, а не точке Дирака, как это утверждалось в ряде теоретических и экспериментальных исследований. При этом само минимальное значение, как оказывается,
 универсальной величиной не является, а зависит от концентрации дефектов. Аналитическое рассмотрение примесных эффектов сопровождается численным моделированием рассматриваемой системы, в результате которого установлено полное соответствие между этими двумя подходами. В частности, подтверждаются общая картина перестройки спектра, локализация электронных состояний, а также
 эффекты, имеющие локальную природу. Зроблена спроба послідовного розгляду електронного спектру графена, що містить точкові дефекти (атоми заміщення,
 адсорбовані атоми, вакансії), які можуть бути послідовно описані в рамках моделі Ліфшиця. Через це для випадку двовимірних релятивістських електронів вибирається відомий для
 даної моделі ґамільтоніан і наводяться критерії появи поблизу
 точки Дірака домішкового резонансу. Далі викладається теорія концентраційної трансформації електронної структури
 графена, з чого випливає, що при досягненні строго визначеного значення концентрації домішки поблизу енергії домішкового резонансу відкривається транспортна щілина. Одночасно
 аналізується питання щодо можливості (або неможливості)
 локалізації у такій просторово неоднорідній системі дираківських квазічастинок. На цій основі вдається дати пояснення і
 провести опис явища, яке нещодавно спостерігалося у домішковому графені, — переходу метал–діелектрик, що виявляється прямим наслідком попадання енергії Фермі системи до
 області транспортної щілини. Вводится і обгрунтовується
 концепція перебудови локального спектру графена, яка також може відбуватися у відповідності до зростання у ньому
 концентрації домішки. Формулюються фізичні причини, за
 якими положення мінімуму низькотемпературної провідності
 графена як функції енергії Фермі електронів відповідає саме
 енергії домішкового резонансу, а не точці Дірака, як це стверджувалося у ряді теоретичних та експериментальних досліджень. При цьому експериментальне значення, як виявляється,
 не є універсальною величиною і залежить від концентрації
 дефектів. Аналітичний розгляд домішкових ефектів супроводжується чисельним моделюванням системи, що розглядається,
 в результаті чого встановлена повна відповідність між цими
 двома підходами. Зокрема, знаходять підтвердження загальна
 картина перебудови спектру, локалізація електронних станів, а
 також ефекти, що мають локальну природу. An attempt has been made to study consecutively the electronic spectrum of graphene, containing defects (such as adsorbed
 atoms, substitutional atoms, vacancies), which can be adequately
 described by the Lifshitz model. For this purpose, the known
 Hamiltonian of the given model is chosen in the case of twodimensional relativistic electrons, and criteria for the appearance
 of an impurity resonance near the Dirac point are provided. Then,
 the theory of the concentration band structure transformation in
 graphene is presented, from which it follows that when a specific
 value of the impurity concentration is reached, a transport gap
 develops in the vicinity of the impurity resonance energy. In passing, the question on the possibility (or impossibility) to localize
 Dirac quasiparticles in such a spatially disordered system is
 analyzed. On this ground, it becomes possible to explain and describe the recently observed phenomenon in the impure graphene
 — the metal-insulator transition, which turns out to be a direct
 consequence of the Fermi level’s entering inside the transport gap
 domain. The concept of local spectrum rearrangement, which can
 also unfold with increasing the concentration of defects, is introduced and justified for graphene. We formulate the physical reasons why the minimum position in the low-temperature conductivity dependence on the Fermi energy of electrons in graphene
 does correspond to the impurity resonance energy, but not to the
 Dirac point, as it was claimed in a number of theoretical and experimental studies. At that, the mentioned minimum value, as it
 became apparent, is not a universal value, but depends on the
 concentration of defects. Analytical approach to impurity effects
 is accompanied by numerical modeling of the system under consideration, by which means a complete correspondence between
 these two approaches is established. In particular, the general
 scenario of the spectrum rearrangement, the localization of electronic states, as well as effects that are of a local nature, are confirmed. Мы хотели бы также поблагодарить А.А. Варламова, В.П. Гусынина, В.А. Кочелапа, Л.А. Пастура,
 Ю.Г. Погорелова, Е.С. Сыркина, С.Б. Феодосьева,
 С.Г. Шарапова — наших коллег и соавторов — за многочисленные дискуссии, во многом прояснявшие понимание нами вопросов, поднятых и освещенных в
 обзоре, который написан при поддержке грантов
 № 0117U000236 и № 0117U000240 Отделения физики
 и астрономии Национальной академии наук Украины. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Обзор Электронные свойства графена с точечными дефектами Електронні властивості графена з точковими дефектами Electronic properties of graphene with point defects Article published earlier |
| spellingShingle | Электронные свойства графена с точечными дефектами Скрипник, Ю.В. Локтев, В.М. Обзор |
| title | Электронные свойства графена с точечными дефектами |
| title_alt | Електронні властивості графена з точковими дефектами Electronic properties of graphene with point defects |
| title_full | Электронные свойства графена с точечными дефектами |
| title_fullStr | Электронные свойства графена с точечными дефектами |
| title_full_unstemmed | Электронные свойства графена с точечными дефектами |
| title_short | Электронные свойства графена с точечными дефектами |
| title_sort | электронные свойства графена с точечными дефектами |
| topic | Обзор |
| topic_facet | Обзор |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176470 |
| work_keys_str_mv | AT skripnikûv élektronnyesvoistvagrafenastočečnymidefektami AT loktevvm élektronnyesvoistvagrafenastočečnymidefektami AT skripnikûv elektronnívlastivostígrafenaztočkovimidefektami AT loktevvm elektronnívlastivostígrafenaztočkovimidefektami AT skripnikûv electronicpropertiesofgraphenewithpointdefects AT loktevvm electronicpropertiesofgraphenewithpointdefects |