Điện trở Coulomb drag trong lớp đôi graphene lớp kép với điện môi nền không đồng nhất
Nội dung chính của bài viết
Tóm tắt
Bài báo này trình bày kết quả khảo sát điện trở Coulomb drag trong lớp đôi graphene lớp kép dưới ảnh hưởng của hằng số điện môi nền không đồng nhất. Bằng cách sử dụng phương pháp gần đúng pha ngẫu nhiên (RPA), chúng tôi xác định hàm phân cực của hệ và hàm điện môi động theo tần số, từ đó tính toán điện trở Coulomb drag. Kết quả cho thấy điện trở Coulomb drag trong hệ tăng theo nhiệt độ nhưng giảm nhanh khi khoảng cách giữa hai lớp graphene kép tăng lên. Đáng chú ý, khi xét đến hằng số điện môi nền không đồng nhất, điện trở Coulomb drag cao hơn đáng kể so với trường hợp hằng số điện môi nền đồng nhất. Điều này xuất phát từ sự thay đổi cường độ của thế tương tác Coulomb giữa các điện tử trong hai lớp dưới tác động của sự không đồng nhất về hằng số điện môi nền. Ngoài ra, các tính toán còn cho thấy, ở các nhiệt độ khác nhau, điện trở Coulomb drag có xu hướng giảm khi mật độ hạt tải tăng. Tuy nhiên, sự khác biệt rõ rệt xuất hiện khi xét đến hai trường hợp: khoảng cách lớp nhỏ và khoảng cách lớp lớn. Khi khoảng cách giữa hai lớp kép nhỏ, điện trở Coulomb drag bị ảnh hưởng mạnh hơn bởi mật độ hạt tải và nhiệt độ. Những kết quả này giúp làm sáng tỏ hơn vai trò của hằng số điện môi nền không đồng nhất trong hệ graphene hai lớp kép, đồng thời gợi mở hướng ứng dụng cho các linh kiện điện tử thế hệ mới dựa trên graphene.
Từ khóa
Coulomb drag, điện môi nền không đồng nhất, graphene lớp kép, nhiệt độ.
Chi tiết bài viết
Bài báo này được cấp phép theo Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Tài liệu tham khảo
Arora, P., Singh, G., & Moudgil, R. K. (2018). Dynamic correlation effects on drag resistivity of a symmetric electron-electron bilayer. The European Physical Journal B, 91(8), 1–7. https://doi.org/10.1140/epjb/e2018-90127-4
Asgari, R., Tanatar, B., & Davoudi, B. (2008). Comparative study of screened interlayer interactions in the Coulomb drag effect in bilayer electron systems. Physical Review B, 77(11), 115301. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.115301
Badalyan, S. M., & Peeters, F. M. (2012a). Effect of nonhomogenous dielectric background on the plasmon modes in graphene double-layer structures at finite temperatures. Physical Review B, 85(19), 195444. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.195444
Badalyan, S. M., & Peeters, F. M. (2012b). Enhancement of Coulomb drag in double-layer graphene structures by plasmons and dielectric background inhomogeneity. Physical Review B, 86(12), 121405(R). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.121405
Carrega, M., Tudorovskiy, T., Principi, A., Katsnelson, M. I., & Polini, M. (2012). Theory of Coulomb drag for massless Dirac fermions. New Journal of Physics, 14(6), 063033. https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/6/063033
Das Sarma, S., Hwang, E. H., & Rossi, E. (2010). Theory of carrier transport in bilayer graphene. Physical Review B, 81(16), 161407(R). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.161407
Flensberg, K., Hu, B. Y.-K., Jauho, A.-P., & Kinaret, J. M. (1995). Linear-response theory of Coulomb drag in coupled electron systems. Physical Review B, 52(20), 14761. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.52.14761
Geim, A. K., & Novoselov, K. S. (2007). The rise of graphene. Nature Materials, 6(3), 183–191. https://doi.org/10.1038/nmat1849
Ho, D. Y. H., Yudhistira, I., Hu, B. Y.-K., & Adam, S. (2018). Theory of Coulomb drag in spatially inhomogeneous 2D materials. Communications Physics, 1(1), 41. https://doi.org/10.1038/s42005-018-0039-y
Hwang, E. H., & Das Sarma, S. (2007). Dielectric function, screening, and plasmons in two-dimensional graphene. Physical Review B, 75(20), 205418. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.205418
Hwang, E. H., & Das Sarma, S. (2009). Plasmon modes of spatially separated double-layer graphene. Physical Review B, 80(20), 205405. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.205405
Hwang, E. H., Sensarma, R., & Das Sarma, S. (2011). Coulomb drag in monolayer and bilayer graphene. Physical Review B, 84(24), 245441. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.245441
Narozhny, B. N., & Levchenko, A. (2016). Coulomb drag. Reviews of Modern Physics, 88(2), 025003. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.88.025003
Nguyen, V. M. (2020). Coulomb bare interactions in inhomogeneous 4-layer graphene structures. Physics Letters A, 384(29), 126777. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2020.126777
Nguyen, V. M., & Dong, T. K. P. (2020). Plasmon modes in double-layer gapped graphene at zero temperature. Physics Letters A, 384(10), 126221. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2019.126221
Nguyen, V. M., & Dong, T. K. P. (2021). Temperature effects on plasmon modes in double-bilayer graphene structures. Solid State Communications, 334–335, 114398. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2021.114398
Nguyen, V. M., Nguyen, Q. K., & Dong, T. K. P. (2019). Plasmon modes in double bilayer graphene heterostructures. Solid State Communications, 294, 43–48. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2019.03.008
Politano, A., Chiarello, G., & Spinella, C. (2017). Plasmon spectroscopy of graphene and other two-dimensional materials with transmission electron microscopy. Materials Science in Semiconductor Processing, 65, 88–99. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2016.05.002
Politano, A., Wang, L., & Chiarello, G. (2018). Insight on thermally activated hydrocarbon dehydrogenation on the Pt3Ni(111) surface: From adsorbed hydrocarbons up to graphene formation. The Journal of Physical Chemistry C, 122(7), 3885–3892. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b11102
Principi, A., Asgari, R., & Polini, M. (2011). Acoustic plasmons and composite hole-acoustic plasmon satellite bands in graphene on a metal gate. Solid State Communications, 151(21), 1627–1630. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2011.07.015
Principi, A., Carrega, M., Asgari, R., Pellegrini, V., & Polini, M. (2012). Plasmons and Coulomb drag in Dirac/Schrödinger hybrid electron systems. Physical Review B, 86(8), 085421. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.085421
Ryzhii, V., Dubinov, A. A., Aleshkin, V. Ya., Ryzhii, M., & Otsuji, T. (2013). Injection terahertz laser using the resonant inter-layer radiative transitions in double-graphene-layer structure. Applied Physics Letters, 103(16), 163507. https://doi.org/10.1063/1.4826113
Sensarma, R., Hwang, E. H., & Das Sarma, S. (2011). Dynamic screening and low energy collective modes in bilayer graphene. Physical Review B, 82, 195428. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.195428
Stauber, T., & Gómez-Santos, G. (2012). Plasmons and near-field amplification in double-layer graphene. Physical Review B, 85(7), 075410. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.075410
Upadhyay, S. K., & Saini, L. K. (2020). Coulomb drag study in electron-electron bilayer system with a dielectric medium. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 124, 114350. https://doi.org/10.1016/j.physe.2020.114350
Upadhyay, S. K., & Saini, L. K. (2021). Coulomb drag study in graphene/GaAs bilayer system with the effect of local field correction and dielectric medium. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 127, 114484. https://doi.org/10.1016/j.physe.2020.114484
Vazifehshenas, T., Amlaki, T., Farmanbar, M., & Parhizgar, F. (2010). Temperature effect on plasmon dispersions in double-layer graphene systems. Physics Letters A, 374(48), 4899–4903. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2010.10.026
Zhu, J.-J., Badalyan, S. M., & Peeters, F. M. (2013). Plasmonic excitations in Coulomb-coupled N-layer graphene structures. Physical Review B, 87, 085401. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.085401