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Title in Portuguese: Dirac cones in gated multilayer black phosphorus
Author: Forte, Johnathas D’arf Severo
Advisor(s): Chaves, Andrey
Co-advisor(s): Sousa, Duarte José Pereira de
Keywords: Semicondutores
Materiais
Equação de Dirac
Issue Date: 2018
Citation: FORTE, J.D.S. Dirac cones in gated multilayer black phosphorus. 2018. 67 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: Fósforo negro, uma das formas alotrópicas do elemento fósforo, tem recebido bastante atenção desde a sua redescoberta, em 2014, da perspectiva de um material bidimensional. Devido às suas propriedades interessantes, tais como alta mobilidade de portadores de carga e seu gap de energia que depende da espessura, o fósforo negro é considerado um material com grande potencial para aplicações em nano e optoeletrônica. Em particular, o intervalo de valores que seu gap de energia pode assumir, variando de ~2eV (monocamada) até ~0:3eV(bulk), é de grande importância, já que ele cobre uma porção do espectro eletromagnético que não é alcançada por nenhum outro semicondutor bidimensional. Além disso, o gap de energia também pode ser regulado de outras maneiras, como através da aplicação de um campo elétrico externo perpendicular. Foi demonstrado que esse mecanismo induz uma transição de fase topológica no sistema, transformando o fosforeno de um semicondutor em um semimetal e, eventualmente, em um semimetal de Dirac, quando é observada a presença de cones de Dirac no espectro de energia do material. Nessa Monografia, nós exploramos as propriedades eletrônicas do fosforeno no contexto do modelo da ligação forte (tight-binding), usando uma aproximação de um campo elétrico sem blindagem, dando ênfase ao surgimento de cones de Dirac, uma transição que ocorre quando a densidade eletrônica em um dos gates ng, associada com o campo elétrico externo, é maior do que um valor crítico na. Após isso, um cálculo semelhante é feito para nanofitas de fosforeno com bordas zigzag e armchair. Por fim, sugerimos um método para estimar a espessura e a orientação das bordas de nanofitas de fosforeno.
Abstract: Black Phosphorus, one of the allotropes of the element Phosphorus, has gained a lot of attention since its rediscovery from the perspective of a two-dimensional material in 2014. Due to its interesting properties, such as high carrier mobility and thickness-dependent energy gap, multilayer BP is considered a material with great potential for applications in nano and optoelectronics. In particular, the wide range of values that its thickness-dependent gap can assume, ranging from ~2:0 eV (single-layer) to ~0:3 eV (bulk), has significant importance since it covers a broad range of the electromagnetic spectrum, not reached by other two-dimensional semiconductors. Additionally, the gap can also be tuned by other means, such as the application of an external perpendicular electric field. It has been shown that such mechanism induces a topological phase transition in the system, turning phosphorene from a semiconductor into a semi-metal and eventually into a Dirac semi-metal, at which stage the presence of Dirac cones can be observed in the energy spectrum of phosphorene. In this Monograph, we explore the electronic properties of gated multilayer phosphorene within the context of a tight-binding model, using an unscreened electric field approximation, giving emphasis to the appearance of the Dirac spectra, a transition that occurs when the gate density ng associated with the external electric field is greater than some critical value nc. Afterwards, a similar calculation is performed for phosphorene nanoribbons with zigzag and armchair edges. Finally, we suggest a scheme to determine the thickness and edge orientation of phosphorene nanoribbons.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/41173
metadata.dc.type: TCC
Appears in Collections:FÍSICA-BACHARELADO - Monografias

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