Dinâmica de carga em nanofitas de grafeno

Abstract

Neste trabalho, investigamos os efeitos do acoplamento elétron-rede na distribui ção de densidade de carga e na dinâmica de carga em nanofitas armchair de grafeno (AGNR). Adotamos um modelo tight—binding semi-empírico bidimensional com relaxação numa expansão de primeira ordem. Os graus de liberdade da rede foram tratados pelas Equações de Euler-Lagrange, enquanto os elétrons ? foram descritos pela equação de Schrödinger dependente do tempo. Com relação à distribuição de carga, desenvolvemos um estudo numérico capaz de explicar os estados de densidade eletrônica observados experimentalmente. Por meio dessa abordagem, foi resgatado o mesmo padrão característico de densidade de carga ao longo das ligações C—C, sugerido por medidas de varredura de tunelamento e microscopia eletrônica. Nossos resultados sugerem a presença de estados eletrônicos localizados, cuja distribuição é dependente da largura da nanofita. A relação do gap de energia com a largura da nanofita também foi investigada. Observou-se que o gap das nanofitas possui uma relação direta com o acoplamento elétron-rede, ao mesmo tempo que respeita uma diminuição hiperbólica com o aumento da largura da AGNR. Quanto à dinâmica de carga, mostramos que nosso modelo resgata o mecanismo de transporte de carga mediado por quase-partículas para esse sistema. A concordância com evidências experimentais nos permite concluir que o nosso modelo pode ser, em muitos aspectos, uma excelente ferramenta quando se tratar da compreensão fenomenológica do comportamento da carga em nanofitas armchair de grafeno. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In this work we investigate the effects of electron-lattice coupling on the charge density distribution and on the charge dynamics of armchair graphene nanoribbons (AGNR). Our approach consists on a two-dimensional tight-binding model with relaxation in a first order expansion. The lattice degrees of freedom is treated by Euler-Lagrange equations while the ?-electrons are described by the time dependent Schrödinger equation. Regarding the charge, we developed a numerical study that was able to explain the electronic density states observed experimentally. Through this methodology we rescue the same characteristic pattern of charge density along the C— C bonds suggested by both scanning tunneling and transmission electron microscopies measurements. Our results suggest the presence of localized electronic states whose size are dependent of the nanoribbon width. The relation of the band gap with the width is also investigated. It is observed a direct relation of the band gap with the electron lattice coupling and also a hyperbolic decrease of the gap with increasing AGNR width. Concerning the charge dynamics, we show that our model rescues the quasiparticle charge transport mechanism in this kind of system. The remarkable agreement with experimental evidences allows us to conclude that our model could be, in many aspects, a fundamental tool when it comes to the phenomenological understanding of the charge behavior in armchair graphene nanoribbons.