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Title: Edge magnetization in chiral graphene nanoribbons and quantum anomalous Hall effect interfaces in graphene
Authors: Carvalho, André Ricardo Alves
metadata.dc.contributor.advisor: Lewenkopf, Caio Henrique
Issue Date: 2015
Abstract: This thesis is composed of two theoretical studies related to properties of edge states in nanostructures of graphene monolayers. In the first one, we analyze the magnetic properties of chiral graphene nanoribbons. Chiral edges corresponds to a symmetry property whose mirror image cannot be superposed on to the original one, inversely of an achiral [1]. There are only two cases of achiral nanoribbon: armchair or zigzag edges. Chiral graphene nanoribbons, as well as those with zigzag edges, have localized states that favour to edge magnetization. In our analysis we use the tight-binging (TB) model with an electron-electron Hubbard mean-field interaction term. We show that only the standard tight-binding model with nearest-neighbor hopping is not suficient to describe the low-energy and magnetic properties of graphene nanoribbons, i.e., the inclusion of next-nearest-neighbor hopping terms is necessary for an accurate modeling. We compare the results from our model with recent data from scanning tunneling spectroscopy and propose a new interpretation for the peaks experimentally observed in the local density of states. The second subject of this thesis corresponds to a study in progress of conducting states from the quantum anomalous Hall effect (QAHE) in graphene in the presence of a periodic exchange field and a Rashba spin-orbit interaction. We call interfaces the point where two systems meet, in this case, a system with positive sign in the exchange field interaction (EF) meet the analogous system with negative sign in the EF. The conducting states appear at the point of meet: gapless interfaces states. To this end, we analyze the formation of gapless states in the change of the sign from exchange field parameter in graphene with Rashba spin-orbit interaction. While the system in QAHE with a constant sign in exchange field has energy gap separating the highest occupied electronic band from the lowest empty band our results shows that the possibility of tunable exchange field sign creates conducting interfaces states, remaining a bulk energy gap.
metadata.dc.description.abstractother: Esta tese é composta de dois estudos relacionados a estados de borda em nanoestruturas de monocamadas grafeno. No primeiro estudo analisamos as propriedades magnéticas de nanofitas quirais de grafeno. A quiralidade das bordas é uma propriedade de simetria onde a imagem espelhada não pode ser sobreposta à original, ao contrário do que acontece em bordas aquirais [1]. Existe dois casos de nanofitas aquirais: com bordas “poltrona" ou “ziguezague". As nanofitas quirais, assim como as de bordas ziguezague, apresentam estados localizados que favorecem a magnetização. Em nossa análise usamos o modelo de ligações fortes (TB, do inglês “tight-binding") com um termo de interação elétron-elétron do tipo Hubbard de campo médio. Mostramos que somente a inclusão de integrais de transferência entre vizinhos mais próximos no modelo TB não é suficiente para descrever propriedades de baixas energias e magnéticas nanofitas de grafeno, i.e., a inclusão de integrais de transferência entre segundos vizinhos é necessária para uma modelagem realística das propriedades eletrônicas. Comparamos nossos cálculos com resultados recentes de microscopia de varredura por tunelamento e propomos uma nova interpretação para picos observados experimentalmente na densidade local de estados. O segundo trabalho é um estudo em andamento sobre estados condutores do efeito Hall quântico anômalo (EHQA) em grafeno na presença de um campo de troca periódico e interação Rashba spin-órbita. Nós nomeamos de interfaces o ponto de encontro de dois sistemas, neste caso, um sistema com sinal positivo de campo de troca (CT) encontra um sistema análogo com sinal negativo de CT. Estados condutores aparecem no ponto de encontro: estados de interfaces condutores. Para tal, nós analisamos a formação de estados sem lacuna de energia na mudança de sinal do parâmetro campo de troca. Enquanto o sistema em EHQA com sinal constante no campo de troca tem uma lacuna separando estados de valência e condução nossos resultados mostram que a possibilidade de ajustar o sinal do CT cria estados de interfaces condutores, mantendo uma lacuna de energia no volume.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/6194
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