Structure électronique et transport quantique dans les nanostructures de Graphène

par Omid Faizy Namarvar

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Didier Mayou.

Soutenue le 20-07-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Annick Loiseau.

Le jury était composé de Didier Mayou, Laurence Magaud, Guy Trambly de laissardiere.

Les rapporteurs étaient Matthias Ernzerhof, Laurent Simon.


  • Résumé

    Le graphène est un matériau constitué d'une seule couche atomique de carbone et représente un sujet majeur de la physique de la matière condensée. Le graphène possède de nombreuses propriétés remarquables : structure électronique décrite par une equation de Dirac sans masse, forte mobilité électronique, effet Hall quantique anormal, résistance ,rigidité et conductivité thermique élevée. Cette these concerne la structure électronique et le transport dans le graphène. Nous considérons en particulier le cas des bicouches tournées de graphène. Ces systèmes ont été découverts en particulier dans le graphène produit sur le carbure de silicium et présentent des propriétés originales par rapport aux bicouches dans l' empilement AB qui existe par exemple dans le graphite. Nous analysons au moyen d'une théorie perturbative et aussi par des approches numériques la densité d'états dans ces systèmes.Nous montrons que la densité d'états présente des oscillations avec la même période que celle du Moiré produit par ces bicouches. Nous analysons aussi le rôle des défauts sur les propriétés de transport en particulier dans le cas ou les défauts sont répartis uniquement sur une des deux couches. Ici aussi notre approche combine théorie perturbative du couplage interplans et approches purement numérique en liaisons fortes. Nous considérons aussi le role joué par les adatomes comme l'hydrogène par exemple. Nous analysons la modification de la densité d'états induite autour de l'adatome et les variations correspondantes de densité de charge et de potentiel électrostatique. Ces systèmes tendent à produire des états resonants près de l'énergie de Dirac qui dependent beaucoup aussi de la position top ou hollow de l' adsorbat. Pour des orbitales de type “s” la resonance est plus marquée si l'adatome est en position hollow. Nous montrons que l'image par experience STM (microscopie à effet tunnel) depend beaucoup de la distance entre l'adsorbat et la pointe du STM. Dans un régime de champ proche la résonance de l'adsorbat peut même apparaître comme un creux dans le signal dI/dV du STM.

  • Titre traduit

    Electronic Structure and Quantum Transport in Graphene Nanostructures


  • Résumé

    Graphene, a material made of a one-atom-thick carbon layer, is a major topic of modern condensed-matter research. Graphene exhibits exciting properties such as massless Dirac electronic structure, high mobility anomalous quantum Hall effects, strength, stiffness and extraordinary high thermal conductivity. This thesis deals with electronic structure and transport properties of graphene. We consider in particular the case of twisted bilayers of graphene. These systems have been discovered especially in graphene produced on Silicon Carbide and present original properties when compared with standard AB bilayers that occur for example in graphite. We analyze by perturbative theory and by numerical methods the density of states. We show that the electronic density of states presents periodic oscillations with the period of the geometric Moiré produced by these systems. We analyze also the role of defects on transport properties and in particular we consider the case where the defects are on one layer only : the layer exposed to the air. We show how defects on this layer affects the conductivity of the bilayer. Here also we use simple analytical models and numerical approaches. We consider also the role played by atomic impurities like Hydrogen adatom on the graphene plane. We analyze the modification of density of states induced around the adatom and the corresponding modifications of charge density and electrostatic potential. These systems tend to produce a resonant state close to the Dirac energy which depends much on whether the adatom is in a top or hollow position. For hydrogen like orbital (s orbital) the resonance is stronger in the hollow position. We show that the image obtained through STM experiments for these resonant state depends very much on the distance of the STM tip to the adatom. In a near field regime the resonance can even appear as a dip in the STM signal dI/dV.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Service Interétablissement de Documentation. LLSH Collections numériques.
  • Bibliothèque : Université Savoie Mont Blanc (Chambéry-Annecy). Service commun de la documentation et des bibliothèques universitaires. Bibliothèque électronique.
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation. STM. Collections numériques.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.