Transport électronique et effets de Spin dans les nanostructures de graphène

par Viet-Hung Nguyen

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Physique

Sous la direction de Arnaud Bournel et de Van-Lien Nguyen.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Nous étudions le transport électronique et/ou polarisé en spin dans des nanostructures à base de graphène. Le travail porte sur l’analyse de phénomènes microscopiques tels que les processus de transfert tunnel, les variations de la conductance et du courant électrique en fonction des paramètres d’intérêt et des effets de filtrage de spin. Dans ce but, nous avons développé un modèle basé sur le formalisme des fonctions de Green hors d’équilibre et des approches pragmatiques décrivant les états électroniques excités autour des points K de feuilles de graphène. Dans le cas de nanorubans étroits de graphène à bord « armchair », le transport électronique est étudié à l’aide d’une description atomistique en liaisons fortes. Les possibilités d’ingénierie de la bande interdite, l’influence de la rugosité de bord et celle de la nature des contacts sont ensuite analysées. En outre, les effets de polarisation de spin dans des structures incluant une grille magnétique sont également modélisés. Nous montrons qu’il existe de nombreuses possibilités de contrôler la polarisation de spin du courant, y compris à de forts taux, par la tension de grille ou la tension source-drain dans une structure de type transistor à effet de champ. Le formalisme de transport développé est ensuite couplé à une résolution de l’équation de Poisson 2D pour une étude auto-cohérente du fonctionnement de quelques dispositifs à base de graphène. Nous mettons en évidence que de tels transistors pourraient être utiles au sein de circuits analogiques, si leurs propriétés ne les destinent pas à des applications en électronique numérique.

  • Titre traduit

    Electronic transport and spin polarization effects in graphene nanostructures


  • Résumé

    We study electronic transport and spin polarization effects in some typical graphene nanostructures. The study corves many transport phenomena such as microscopic pictures of charge states, tunneling processes, behaviors of conductance and electrical current, and spin polarization effects. To this aim, the non-equilibrium Green's function method within the effective models describing excited states around the K-points of large area graphene structures has been developed. The approach was then applied to clarify the general scenario of charge transport in these structures. In narrow armchair grapheme nanoribbons, the transport picture has been explored by using the atomistic tight binding description. The effects of energy bandgap engineering, edge roughness, and normal conducting contacts were investigated. Along with their transport properties, the spin polarization effects in ferromagnetic gate structures based on graphene have been also considered. The study shown many possibilities of controlling spin polarized current, e. G. , by the gate and the bias voltages. Possibilities of obtaining the current with high spin polarization were discussed. The calculation techniques developed were then self-consistently coupled to 2D Poisson equation to consider the device operation of large area graphene FETs. It is shown that though limited for digital applications, the device characteristics observed may be convenient for analogue circuits.

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  • Détails : 1 vol. (XII-190 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 175-186

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  • Bibliothèque : Université Paris-Saclay. DIBISO. BU Orsay.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)153

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  • Cote : 2010PA112153
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