Approccio mediante Matrice di Scattering al calcolo del trasporto multicanale in nanonastri di grafene ramificati

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Oggetto del lavoro (traduzione)

Approccio mediante Matrice di Scattering al calcolo del trasporto multicanale in nanonastri di grafene ramificati

L'estrema mobilità dei portatori e l'elevata conducibilità termica rendono il grafene, i.e. un reticolo esagonale di carbonio a singolo strato, un candidate eccellente per l'ottenimento di nuovi componenti elettronici a Radio frequenza caratterizzati da alte velocità e performance e da dimensioni nanometriche. Fra questi, transistori a effetto campo (FET), moltiplicatori in frequenza, interconnettori, sensori e dispositivi senza fili.

L'analisi multicanale di nastri di grafene (GNR) nanometrici, spesso richiesta per la descrizione di applicazioni pratiche, comporta un elevato sforzo computazionale, anche in un contesto semplificato come quello relativo all'uso di modelli discreti o perturbativi. Le tecniche a matrice di Scattering (S), molto usate nel trasporto quantico in sistemi a bassa dimensionalità e nei problemi di elettromagnetismo, si dimostrano essere una piattaforma efficace per l'analisi, e in principio la sintesi, di circuiti GNR multi-porte. I modi periodici per i portatori di carica, soluzioni delle guide GNR, si dimostrano obbedire a vincoli di reciprocità e conservazione espressi dalle proprietà di unitarietà e simmetria della matrice S, sotto opportune condizioni di normalizzazione. Proponiamo un uso sistematico di quest'approccio per affrontare problemi come lo scattering da difetti reticolari, la presenza di campi esterni applicati, GNRs incrociati e giunzioni a "T".

Job task

Scattering matrix approach to multichannel transport in many lead graphene nanoribbons

The extremely high carrier mobility, thermal conductivity and ballisticity of charge transport make graphene, i.e. a mono-layer of hexagonal carbon lattice, an excellent candidate for achieving the high speed and high performance of the next generation Radio Frequency electronics at the nano-scale, including field-effect transistors (FET), frequency multipliers, interconnects, sensors and wireless devices.

Multichannel analysis of graphene nanoribbon (GNR), that is a nanometric strip of graphene, often required for describing applications to practical devices, constitutes a heavy computational task, even in a simplified framework like that provided by discrete or nearest neighbor models. Scattering (S) matrix techniques, widely used for quantum transport in low dimensional systems and for the computation of electromagnetic fields, is shown here to provide a powerful platform for the analysis, and, in principle, the synthesis, of GNR multiport circuits. Periodic modes, solutions of GNR waveguides, are demonstrated to obey charge conservation and reciprocity constraints corresponding to unitary and symmetry properties of the S-matrix, under proper normalization conditions. We propose a systematic use of this approach to deal with problems such as scattering by lattice defects, the presence of external applied fields, crossing GNRs and T-junctions.

Referente:

Davide Mencarelli

Dipartimento: DIBET

Tel.: +39 071 220 4840

email: d.mencarelli@univpm.it