Interacting disordered zigzag graphene nanoribbon의 e-/2 분수 전하와 스핀-전하 분리 현상
- 주제(키워드) graphene , fractional charge , spin-charge separation
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 양승열
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위구분 석사
- 학과 대학원 물리학과
- 세부전공 응집물질물리
- 원문페이지 88 p
- UCI I804:11009-000000257301
- DOI 10.23186/korea.000000257301.11009.0001245
- 본문언어 한국어
초록/요약
π 전자들이 상호작용하는 interactingzigzaggraphenenanoribbon(interact- ing ZGNR)은 시스템의 성질이 symmetry에 의해 설명되는 symmetry protected phase를 갖는다. 이에 disorder potential가 첨가되면 symmetry에 의해 설명되지 않는 topologicallyorderedphase로 변화하여 Mott-Anderson insulator가 된다 는 것이 최근 밝혀졌는데, 이는 topologicallyorderedinsulator의 새로운 범주를 이룬다. 본 석사 논문에서는 이 topologicallyorderedinsulator의 가장 특이한 현 상 중의 하나인 e−/2 분수전하(fractional charge)에 대한 연구결과를 기술했다. InteractingdisorderedZGNR 내에서 solitonic state는 e−/2 분수전하의 형태로 존재하는데, 이전까지 단 두가지 시스템에서만 발견될 만큼 희귀한 현상인 이 분수전하는 시스템이 topologicallyorderedinsulator라는 증거가 된다. 따라서 위상학적 상태 변화와 관련하여 interactingdisorderedZGNR을 분석하는데에 는 이 solitonic state를 찾아내는 것이 매우 중요하다. 그런데 시스템의 크기가 커지면 많은 state들 중에서 에너지 정보만으로 soliton을 찾기가 쉽지 않다. 본 논문에서는 ZGNR의 chirality 특성을 이용하여 interactingdisorderedZGNR의 soliton state를 체계적이고 정확하게 찾아내는 새로운 방법을 설명하였다. 이 방법은 ZGNR에서 disorder에 의해 chiralsymmetry의 깨짐과 에너지 분포의 변화가 일어나는 것을 가시적으로 볼 수 있다는 부가적인 이점도 가진다. 또한, interactingdisorderedZGNR에서는 disorder가 없을 때에 비해 zigzag edge의 antiferromagnetism이 약화되고 스핀전하 분리(spin-chargeseparation) 현상이 발생함을 보였다. 이 역시 soliton의 전하분리로 인해 일어나는 부수적인 현상 으로, 그 원리를 기술하였다. 이 연구는 새로운 topologicallyorderedinsulator 로서의 ZGNR에 대한 이해를 높이고 분석을 위한 기초적인 방법론을 확립한 것으로 그래핀의 위상학적 성질에 대한 후속 연구들에 도움이 될 것이다.
more목차
1 서론 7
2 이론적 배경 9
2.1 그래핀의 특성과 지그재그 그래핀 나노리본 9
2.2 지그재그 그래핀 나노리본의 위상학적 성질 변화 13
3 연구모델 18
3.1 Hubbardmodel을 이용한 해밀토니안 구성 18
3.2 Disorder 부여 방법 23
4 Hartree-FockMethod 프로그래밍 29
4.1 초기 Hamiltonian 구성 31
4.1.1 Hoppingparameter 항 31
4.1.2 Interaction 항 33
4.1.3 Disorder 항 39
4.2 Self-consistency를 이용한 해 찾기 42
4.3 시스템의 에너지 구해보기 44
5 e−/2 분수전하 계산 54
6 스핀-전하 분리 현상 62
7 결론 72
부록 A Hartree-Fockequation74
참고문헌 80
