[論文レビュー] Wavepacket scattering on graphene edges in the presence of a (pseudo) magnetic field

D. R. da Costa, Andrey Chaves+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2012

Quantum optics and atomic interactions被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、時間発展タイトブインディングシミュレーションを用いて、アームチェア型およびジグザグ型グラフェン端面における波パケット散乱を調査し、非一様なひずみが誘導する擬似磁場が、アームチェア型端面では伝搬しない端状態を誘導することを明らかにした。これは、実際の磁場下で観察される伝搬するスキッピング軌道とは対照的である。主な発見は、アームチェア型端面におけるバルク混合散乱と、KおよびK′バルクにおける符号が反対の擬似磁場が組み合わさることで、局在的で電流を運ばない端状態が形成されることである。

ABSTRACT

The scattering of a Gaussian wavepacket in armchair and zigzag graphene edges is theoretically investigated by numerically solving the time dependent Schrödinger equation for the tight-binding model Hamiltonian. Our theory allows to investigate scattering in reciprocal space, and depending on the type of graphene edge we observe scattering within the same valley, or between different valleys. In the presence of an external magnetic field, the well know skipping orbits are observed. However, our results demonstrate that in the case of a pseudo-magnetic field, induced by non-uniform strain, the scattering by an armchair edge results in a non-propagating edge state.

研究の動機と目的

• 時間発展波パケットシミュレーションを用いて、アームチェア型およびジグザグ型グラフェン端面における電子散乱ダイナミクスを調査すること。
• 実外部磁場とひずみ誘導型擬似磁場が電子軌道に与える影響を比較すること。
• 両方の磁場タイプ下におけるグラフェン端面における間バルクおよび内バルク散乱メカニズムを検討すること。
• 実磁場と擬似磁場の下での端状態挙動の観察可能な違い、特に輸送および分光法における違いを特定すること。
• ひずみのあるグラフェンにおける伝搬しない端状態の意味を、将来的な実験的検出およびデバイス設計に応用すること。

提案手法

• グラフェンのタイトブインディングハミルトニアンを用いた時間発展シュレーディンガー方程式の数値的解法。
• 有限なグラフェンフラック（1801 × 2000原子）におけるアームチェア型およびジグザグ型端面へのガウス波パケットの入射をシミュレート。
• ペイエルズ置換を用いた実磁場と、 hopping 积分における非一様なひずみを用いた擬似磁場の両方を組み込む。
• 端面に沿った流れと伝搬特性を分析するために、確率的電流の積分を用いる。
• 両方の磁場タイプ下での波パケット軌道および電流成分（j_x, j_y）を、端面付近の領域で比較。
• KおよびK′バルク間の運動量と波動関数の時間発展を追跡することでバルク散乱を分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 （擬似）磁場が存在する中で、アームチェア型とジグザグ型グラフェン端面における波パケット散乱はどのように異なるか？
• RQ2 実磁場と比較して、擬似磁場下で形成される端状態の性質は何か？
• RQ3 擬似磁場下において、アームチェア型とジグザグ型端面におけるバルク散乱（間バルク対内バルク）はどのように異なって起こるか？
• RQ4 アームチェア型端面に、擬似磁場下で伝搬しない端状態が出現するか？その原因は何か？
• RQ5 実磁場と擬似磁場下での電流パターンおよび軌道的ダイナミクスは、どのように比較できるか？

主な発見

• 5 Tの実磁場下では、波パケットはアームチェア型端面に沿って伝搬するスキッピング軌道を示し、x方向にネット電流が流れる。
• ひずみ誘導型の擬似磁場（約5 T）下では、j_xおよびj_y成分がゼロの周りで振動し、ネット電流がなく、伝搬しない端状態であることが示された。
• アームチェア型端面におけるバルク間散乱（KからK′）が確認され、境界でのバルク波動関数の混合が原因である。
• 伝搬しない端状態は、周期的なバルク間散乱と、KおよびK′バルクにおける符号が反対の擬似磁場の組み合わせによって生じる。
• 擬似磁場下ではネット電流が存在しないのに対し、実磁場下では伝搬するスキッピング軌道が観察されるという対照的状況が顕在化した。
• これらの発見は、ひずみのあるアームチェア型グラフェンナノリブの電子輸送が、端状態ではなくバルク状態に支配されていることを示唆し、ラーマン分光法および端面に敏感な測定に影響を及ぼす。