Simulation of electronic transport in graphene systems

Abstract

In dieser Arbeit geht es um elektronischen Transport durch Graphen Nanostrukturen, kurz gesagt, “wie fließen Stromteilchen durch neue Metalle”. Wir simulieren dazu Elektronen in Quantenpunktkontakten, Quantenpunkte und topologisch geschützte Kanäle in Graphen und zweilagigem Graphen. Unsere Computerberechnungen sind nahe an aktuellen Experimenten und dienen dazu, diese zu erklären und besser zu verstehen. Theoretische Beiträge sind zur Statistik von Leitfähigkeitsschwankungen und des Schrotrauschens, zur Streuung an Phononen sowie eine Untersuchung von quasi-klassischen Zuständen in Graphen. In der Methodenentwicklung stellen wir Approximationen in der rekursiven Greens-Funktionen-Methode vor, und schließlich kombinieren wir Quantenmechanik und Elektrostatik in der Simulation elektrischer Bauteile aus zweilagigem Graphen. Diese Arbeit ist einer von vielen Schritten um Alternativen zu siliziumbasierter Elektronik zu erforschen.

This theoretical work is concerned with the simulation of electronic transport in graphene and bilayer graphene. Working closely with experiments, we study electronic states in graphene and bilayer graphene quantum point contacts, bilayer graphene quantum dots, and kink channels in bilayer graphene. More on the theoretical side, we simulate universal conductance and shot noise fluctuations, scattering on phonons (“vertical transport”) and quasi-classical states in graphene. We perform electrostatic simulations for gated bilayer graphene devices and develop approximate methods for the recursive Green’s function method.