Transporte em nanodispositivos na presença de interação elétron-elétron - Santos Junior, Washington Francisco [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
Estruturas à base de carbono, como os nanotubos, e mais recentemente o grafeno, têm atraído grande atenção da comunidade científica tanto do ponto de vista da ciência básica como de possíveis aplicações em fotônica e eletrônica. No caso particular do grafeno, uma estrutura bidimensional de carbono organizada em uma rede hexagonal, temos um material extremamente resistente com propriedades de transporte eletrônico e térmico praticamente incomparáveis. Para resolver o problema da ausência de um gap, ou para obter fios condutores, nanofitas de grafeno podem ser obtidas confinando o grafeno em uma dimensão. Essas estruturas unidimensionais retêm muitas das propriedades do grafeno em um fio em nanoescala. Além disso, nanofitas podem ser conectadas a outros materiais (também à base de carbono) para criar novos dispositivos. Este é o caso dos pontos quânticos abertos que podem funcionar como transistores de elétron único. A presença de defeitos nas nanofitas de grafeno desempenha um papel importante nas propriedades de transporte e, dependendo da concentração, pode levar à localização de Anderson. A presença de vacâncias nas nanofitas de grafeno pode gerar tanto efeitos de desordem quanto o surgimento de estados localizados. Normalmente, ao estudar modelos desordenados, a interação elétron-elétron é negligenciada. Aqui, buscamos entender como a interação elétron-elétron altera as propriedades eletrônicas e de transporte de dispositivos quânticos, em particular pontos quânticos baseados em grafeno e nanofitas de grafeno desordenadas. Para tanto, realizamos cálculos utilizando o método da função de Green de fora de equilíbrio, descrevendo os estados de interação por meio de um modelo de Anderson para impurezas magnéticas juntamente com a chamada aproximação de não cruzamento (NCA) e uma generalização para a fórmula de Meir-Wingreen no regime de acoplamento não proporcional. Assim, por meio da combinação desses métodos, conseguimos obter fenômenos de transporte para sistemas interagentes. Observamos o surgimento de uma transmissão e corrente incoerentes devido ao processo de quebra de fase do transporte quântico coerente via a presença de interação elétron-elétron em ambos os sistemas. Além de uma descrição mais precisa, descrevemos fenômenos antes não descritos a partir de uma perspectiva puramente microscópica.

Carbon-based structures, such as nanotubes, and more recently graphene, have attracted great attention from the scientific community both from a basic science perspective and for potential applications in photonics and electronics. In the particular case of graphene, a two-dimensional carbon structure organized in a hexagonal lattice, we have an extremely resilient material with electron and thermal transport properties that are practically unparalleled. To address the issue of the absence of a bandgap, or to obtain conductive wires, graphene nanoribbons can be obtained by confining graphene in one dimension. These one-dimensional structures retain many of the properties of graphene in a nano-scale wire. Furthermore, nanoribbons can be connected to other materials (also carbon-based) to create new devices. This is the case with open quantum dots that can function as single-electron transistors. The presence of defects in graphene nanoribbons plays an important role in the transport properties and, depending on the concentration, can lead to Anderson localization. The presence of vacancies in graphene nanoribbons can generate both disorder effects and the emergence of localized states. Typically, when studying disordered models, electron-electron interaction is neglected. Here, we seek to understand how electron-electron interaction alters the electronic and transport properties of quantum devices, particularly graphene-based quantum dots and disordered graphene nanoribbons. To do so, we performed calculations using the non-equilibrium Green's function method, describing the interaction states through an Anderson model for magnetic impurities together with the so-called non-crossing approximation (NCA) and a generalization to the Meir-Wingreen formula in the non-proportional coupling regime. Thus, through the combination of these methods, we were able to obtain transport phenomena for interacting systems. We observed the emergence of incoherent transmission and current due to the process of quantum-coherent transport phase-break via the presence of electron-electron interaction in both systems. In addition to a more accurate description, we described phenomena not previously described from a purely microscopic perspective.
Transport in nanodevices in the presence of eletron-eletron interaction
Keywords: Transporte eletrônico; Pontos quânticos de grafeno; Interação elétron-elétron; Funções de Green fora de equilíbrio; Matéria condensada