ELECTRON TRANSMISSION THROUGH GRAPHENE MONOLAYER-BILAYER JUNCTION: AN ANALYTICAL APPROACH
J. Ruseckas^a, A. Mekys^a, G. Juzeliūnas^a,b, and I. V. Zozoulenko^c
aInstitute of Theoretical Physics and Astronomy, Vilnius University, A. Goštauto 12, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: algirdas.mekys@ff.vu.lt
^bLithuanian University of Educational Sciences, Studentų 39, LT-08106 Vilnius, Lithuania
^cSolid State Electronics, ITN, Linköping University, 601 74 Norköping, Sweden

Received 30 September 2011; revised 18 December 2011; accepted 1 March 2012

A junction of monolayer and bilayer graphene nanoribbons is investigated using the tight-binding approximation. An external potential is applied on the bilayer graphene layers to control the electronic transport properties of the junction. The reflection and transmission probabilities for an incident electron at the junction are analytically calculated. The dependence of the reflection probability on the external potential, the wave vector of the incident electron and the width of the nanoribbon are evaluated.

ELEKTRONŲ PRALAIDUMO GRAFENO IR BIGRAFENO SANDŪROJE ANALIZINIS ARTINYS
J. Ruseckas^a, A. Mekys^a, G. Juzeliūnas^a,b, I. V. Zozoulenko^c
aVilniaus universiteto Teorinės fizikos ir astronomijos institutas, Vilnius, Lietuva
^bLietuvos edukologijos universitetas, Vilnius, Lietuva
^cLinčiopingo universitetas, Norčiopingas, Švedija

Grafenas – tai lakštas, sudarytas iš anglies atomų, išsidėsčiusių plokštumoje heksagonine struktūra. Nuo 2004 m. juo susidomėta dėl specifinių elektronų pernašos savybių. Buvo nustatyta, kad krūvininkų judris (kambario temperatūroje) jame didžiausias iš visų iki šiol žinomų medžiagų, o IBM firma jau pademonstravo veikiantį lauko tranzistorių, pagamintą iš dvigubo grafeno sluoksnio. Grafenas yra pusmetalis, neturintis draustinių energijų tarpo, o ties Fermi energija būsenų tankis lygus nuliui. Draustinių energijų tarpas yra reikalingas atlikti tranzistoriaus valdymo funkcijas. Bigrafene šis tarpas sukuriamas prijungus įtampą tarp sluoksnių, o grafene, pasirodo, jis atsiranda, kai grafeno lakštas sumažinamas iki nanojuostos matmenų. Grafeno ir bigrafeno banginės funkcijos jau buvo suskaičiuotos anksčiau artimo ryšio metodu. Šiame darbe buvo pasinaudota jau turimais sprendiniais ir suskaičiuota nauja grafeno ir AB-α konfigūracijos bigrafeno barjerinės sandūros būsenos funkcija, su kuria pavyko analiziškai užrašyti elektrono pralaidumo per sistemą ir atspindžio tikimybes, išreikštas elementariomis funkcijomis. Ši struktūra yra asimetrinio lauko tranzistoriaus atitikmuo, kuriame užtūrą sudaro viršutinis grafeno lakštas bigrafene. Veikiant išoriniu elektriniu lauku, galima valdyti elektronų pralaidumą per sistemą. Tokios pat sandaros sitema jau buvo nagrinėta ir anksčiau, tačiau tik tolydiniu artiniu, o pateikti dėsningumai nėra pakankamai išanalizuoti. Šiame darbe suskaičiuota atspindžio tikimybės priklausomybė nuo išorinio potencialo tarp bigrafeno sluoksnių ir nuo banginio vektoriaus. Nustatyta, kad potencialui didėjant atspindys rezonansiškai išauga iki maksimalios vertės (absoliutaus atspindžio), tada krinta iki minimalios (absoliutaus pralaidumo), t. y. galima tokią sistemą valdyti išoriniu potencialu. Taip pat nustatyta, kaip keičiasi sistemos savybės, kai grafeno ir bigrafeno sandūra pagaminama ant baigtinio pločio nanojuostos.