haku: @instructor Harju, Ari / yhteensä: 19
viite: 2 / 19
| Tekijä: | Vierimaa, Ville |
| Työn nimi: | Spin-dependent transport in graphene |
| Grafeenin spinriippuva johtavuus | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2016 |
| Sivut: | (3) + 47 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Perustieteiden korkeakoulu |
| Oppiaine: | Teknillinen fysiikka (F3005) |
| Valvoja: | Harju, Ari |
| Ohjaaja: | Harju, Ari |
| Elektroninen julkaisu: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201604201831 |
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 3678 | Arkisto |
| Avainsanat: | graphene spin Kubo-Greenwood CUDA GPU |
| Tiivistelmä (fin): | Grafeeni on hiilen kaksiulotteinen allotrooppi, joka löydettiin vuonna 2004. Sen elektroneilla on suuri liikkuvuus ja pieni spin-rata-kytkentä, jonka ansiosta spinin relaksaatiopituus kasvaa huomattavan suureksi. Grafeeni on erityisen kiinnostava materiaali spintroniikassa, jossa sitä voidaan käyttää alustana spin-riippuville epäpuhtauksille. Sen spinin ominaisuudet ovat lähes täysin epäpuhtauksien määrittelemät, joten spin käytöstä voidaan säätää niiden avulla. Grafeenin johtavuusominaisuuksia tutkitaan yleensä joko Landauer-Büttiker- tai Kubo-Greenwood- menetelmillä. Molemmat toimivat hyvin tiukan sidoksen mallin kanssa ja antavat keskenään vertailukelpoisia tuloksia. Menetelmien erona ovat systeemit, joihin ne soveltuvat. Landauer-Büttiker toimii paremmin kapeammissa nauhoissa, kun taas Kubo-Greenwood soveltuu hyvin leveämpiin, täysin kaksiulotteisiin systeemeihin. Tässä työssä johdetaan spinillinen versio Kubo-Greenwood-menetelmästä ja toteutetaan se aikaisemman spinittömän version pohjalta. Toteutus tehdään Nvidian CUDA-kielellä ja sitä voidaan ajaa näytönohjaimilla. Toteutusta testataan erilaisilla spin-riippuvilla epäpuhtausmalleilla. Spinillinen versio on helposti johdettavissa spinittömästä versiosta, mutta käy ilmi, ettei se kuvaa täysin spinien välistä virtaa. Menetelmä antaa kuitenkin oikein spinin säilyttävän konduktiivisuuden ja spinin polarisaatio osoittautuu paremmaksi ominaisuudeksi kuvaamaan spinin käytöstä. Tutkituista epäpuhtauksista pitkän matkan sirottajat sirottivat spiniä suhteessa varaukseen eniten ja niitä ehdotetaan osatekijäksi kokeissa havaittuihin lyhyisiin relaksaatiopituuksiin. |
| Tiivistelmä (eng): | Graphene is a 2-dimensional allotrope of carbon which has attracted a lot of interest since its discovery in 2004. It has high electron mobility and small intrinsic spin-orbit-coupling, leading to long spin persistence lengths. This makes it an interesting material for spintronics as it can be used as a platform for spin-dependent defects. Its spin behavior is almost completely determined by the defects, which can be used to tune its properties. The electronic transport properties of graphene are most commonly studied by Landauer-Büttiker and Kubo-Greenwood methods. They both work well with the tight-binding model, which recovers the electronic band structure of graphene correctly, and they give results consistent with each other. The difference between the two is that Landauer-Büttiker is more suitable for narrow ribbons, while Kubo-Greenwood performs better in wider systems. In this thesis, a spinful version of the Kubo-Greenwood method is derived and then implemented on top of an existing spinless version. The implementation is done with Nvidia CUDA and it runs on graphics processing units. Different spin-dependent defects in graphene are used to test the implementation and validate the method. While the spinful version of the method is easy to implement, it turns out that it lacks the ability to completely describe spin-flipping current. Spin-conserving conductivity is given correctly by the method and spin polarization is proposed to describe the spin behavior better. Long-ranged scatterers are found to scatter spin more efficiently than they do charge and they are suggested to be partly responsible for the experimentally found short spin relaxation times. |
| ED: | 2016-05-01 |
INSSI tietueen numero: 53465
+ lisää koriin
INSSI