Электронные свойства графена с точечными дефектами(Обзор)

Анотація

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.