Electronic and transport properties of locally delaminated bilayer graphene

Electronic and transport properties of locally delaminated bilayer graphene. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (PhD Thesis)
PhD_Hasan_Mohammed_Hasan_Abdullah_201002200.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 28 March 2020.

Download (25MB)

Arabic Abstract

أدى النجاح الحديث في عزل طبقة واحدة من الجرافيت والمسمى جرافين إلى توليد اهتمام بالغ من قبل الباحثين بسبب خواصه البصرية والميكانيكية والإلكترونية المدهشة. في هذه الرسالة ستُدرس الخصائص الإلكترونية والانتقالية للجرافين ثنائي الطبقة المنفصل موضعيًّا، وستُقدم رؤى إرشادية للمساعدة في استخدام الجرافين في صناعة الإلكترونيات. وباستخدام النموذج المتصل مع شروط حدية محددة وُجِد أن الأنظمة التي تحتوي على نطاقات من طبقات الجرافين المرتبطة بطاقات مختلفة لها تأثير كبير على الخصائص الانتقالية غير المتناظرة لحاملات الشحنة. فعلى وجه الخصوص، عند تدفق التيار خلال طبقات الجرافين المنفصلة موضعيًا تظهر انتقائية عالية للتيار الكهربائي خلال الطبقات المنفصلة؛ إذ يمكن التحكم بهذه الانتقائية بواسطة بوابات كهربائية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للجرافين ثنائي الطبقة المنفصل موضعيًّا توفير تقييد إلكتروستاتيكي مثالي لحاملات الشحنة، الذي لا يمكن حدوثه في الجرافين أحادي الطبقة بسبب تأثير يسمى تنفيق كلاين. وقام الباحث بدراسة تفصيلية للخواص الإلكترونية للحالات المقيدة في النظام وتأثرها بتغير قوة الترابط والجهد الكهربائي بين الطبقات المنفصلة، وحجم منطقة التقيد. من المثير للاهتمام أن مستويات الطاقة المكممة في النظام تقابل حالات متمركزة للإلكترون في الطبقة العليا وللفجوة في الطبقة السفلى. وفي الأخير أوضحت الدراسة أنه يمكن استخدام الجرافين ثنائي الطبقة لتوليد حزم إلكترونية ذات موازاة عالية، والتي يمكن توجيهها باستخدام مجال مغناطيسي. وتحقق الباحث من هذا السلوك باستخدام ديناميكيات شبه كلاسيكية، وتم تأكيد النتائج عن طريق المحاكاة الديناميكية للحزم الموجية. وتقدم هذه الرسالة رؤى نظرية جديدة في مجال إلكترونيات الجرافين لتساعد في تحقيق الهدف الرئيس بتصنيع أجهزة إلكترونية من مادة الجرافين.

English Abstract

The contemporary isolation of single layer graphite, the so-called graphene, has engendered an avalanche of interest due to its astonishing optical, electronic and mechanical properties. Through this thesis, we will explore the electronic and transport properties of locally delaminated bilayer graphene and provide guiding insights into the quest for the using of graphene in the electronics industry. Using the continuum model with appropriate boundary conditions, we show that domain walls separating different inter-layer coupling domains have a considerable effect on the chiral tunnelling properties of the charge carriers. In particular, a strong layer selectivity exists when current flows from delaminated bilayer graphene through a coupled region and this selectivity can be tuned by means of electrostatic gates. In addition, locally delaminated bilayer graphene can provide a perfect electrostatic confinement which is precluded by Klein tunneling in single layer graphene. We scrutinize the electronic properties of the confined states in such system under the variation of interlayer bias, coupling, and size of the confinement area. Interestingly, we find that the discrete energy levels in the system correspond to localized electron and hole states in the top and bottom layers. Finally, we show how locally delaminated and terminated AA-stacked bilayer graphene can be used to generate highly collimated electron beams which can be steered by a magnetic fled. We investigate the electron scattering using semi-classical dynamics and verify these results independently using wave-packet dynamic simulation. This thesis provides new insights into the field of electronics of graphene and could help to achieve the main goal of realizing graphene-based electronics.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Physics
Divisions: College Of Sciences > Physics Dept
Committee Advisor: Bahlouli, Hocine
Committee Members: Nasser, Ibraheem and Al-Marzoug, Saeed and Ziq, Khalil Ali
Depositing User: ABDULLAH H MOHAMMED (g201002200)
Date Deposited: 10 Apr 2019 13:17
Last Modified: 01 Nov 2019 20:44
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140914