Физика Низких Температур: Том 44, Выпуск 11 (Ноябрь 2018), c. 1417-1455    ( к оглавлению , назад )

Электронные свойства графена с точечными дефектами(Обзор)

Ю.В. Скрипник1, В.М. Локтев1,2

1Институт теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова НАН Украины ул. Метрологическая, 14-б, г. Киев, 03143, Украина

2Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского», пр. Победы, 37, г. Киев, 03056, Украина
E-mail: vloktev@bitp.kiev.ua

Статья поступила в редакцию 9 июля 2018 г., опубликована онлайн 26 сентября 2018 г.

Аннотация

Зроблена спроба послідовного розгляду електронного спектру графена, що містить точкові дефекти (атоми заміщення, адсорбовані атоми, вакансії), які можуть бути послідовно описані в рамках моделі Ліфшиця. Через це для випадку двовимірних релятивістських електронів вибирається відомий для даної моделі ґамільтоніан і наводяться критерії появи поблизу точки Дірака домішкового резонансу. Далі викладається теорія концентраційної трансформації електронної структури графена, з чого випливає, що при досягненні строго визначеного значення концентрації домішки поблизу енергії домішкового резонансу відкривається транспортна щілина. Одночасно аналізується питання щодо можливості (або неможливості) локалізації у такій просторово неоднорідній системі дираківських квазічастинок. На цій основі вдається дати пояснення і провести опис явища, яке нещодавно спостерігалося у домішковому графені, — переходу метал–діелектрик, що виявляється прямим наслідком попадання енергії Фермі системи до області транспортної щілини. Вводится і обгрунтовується концепція перебудови локального спектру графена, яка також може відбуватися у відповідності до зростання у ньому концентрації домішки. Формулюються фізичні причини, за якими положення мінімуму низькотемпературної провідності графена як функції енергії Фермі електронів відповідає саме енергії домішкового резонансу, а не точці Дірака, як це стверджувалося у ряді теоретичних та експериментальних досліджень. При цьому експериментальне значення, як виявляється, не є універсальною величиною і залежить від концентрації дефектів. Аналітичний розгляд домішкових ефектів супроводжується чисельним моделюванням системи, що розглядається, в результаті чого встановлена повна відповідність між цими двома підходами. Зокрема, знаходять підтвердження загальна картина перебудови спектру, локалізація електронних станів, а також ефекти, що мають локальну природу.

Ключевые слова: примесь, резонансное состояние, перестройка спектра, переход Андерсона, порог подвижности, локализация, графен.