Transporttheorie funktionaler Nanostrukturen in Graphen und Nanotubes
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Transporttheorie funktionaler Nanostrukturen in Graphen und Kohlenstoff-Nanotubes wurde in diesem Projekt auf vielfältige Art und Weise ergänzt und erweitert. Das gelang durch die Anwendung komplementärer theoretischer Methoden, wie beispielsweise der analytischen Beschreibung mittels der Dirac-Gleichung und der numerischen Beschreibung auf der Basis eines Tight-Binding Modells für das Honigwabengitter. Für Quantenpunkt-Strukturen konnte dabei zum einen das elektronische Spektrum analytisch berechnet und zum anderen Vorhersagen über die Spin-Dekohärenz durch die Hyperfeinwechselwirkung mit den nuklearen Spins des Basismaterials gemacht werden. Dieser Erkenntnisgewinn stellt wichtige Voraussetzungen für das bessere Verständnis von Transport durch Graphen und Nanotube Quantenpunkte dar. Für offene Systeme, d.h. konkret, Graphen gekoppelt an Elektronen-Reservoire, wurden zwei wichtige Forschungsresultate erzielt. Zunächst konnte die Temperaturabhängigkeit des Quantentransports im ballistischen Regime vorhergesagt werden, insbesondere in der Nähe des Dirac-Punkts, wo sich Leitungs- und Valenzband im Spektrum von Graphen berühren. Diese Analyse half bislang unverstandene Experimente auf neuartige Weise zu interpretieren. Anschließend wurde mit einer numerischen Methode („recursive Green's function method") der Transport durch eine Graphen-Ringstruktur untersucht. Dabei wurde ein Graphen-spezifisches Resultat entdeckt (nämlich das Zusammenspiel des Ahaoronv-Bohm Effekts und Klein-Tunneln), das zwei Jahre später experimentell bestätigt werden konnte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Bound states and magnetic field-induced valley splitting in gate-tunable graphene quantum dots. Phys. Rev. B 79, 085407 (2009)
P. Recher, J. Nilsson, G. Burkard und B. Trauzettel
- Hyperfine interaction and electron-spin decoherence in graphene and carbon nanotube quantum dots. Phys. Rev. B 80, 155401 (2009)
J. Fischer, B. Trauzettel und D. Loss
- Temperature dependence of the conductivity of ballistic graphene. Phys. Rev. Lett. 103, 196801 (2009)
M. Müller, M. Bräuninger und B. Trauzettel
- Interplay of the Aharonov-Bohm effect and Klein tunneling in graphene. Phys. Rev. B 81, 195441 (2010)
J. Schelter, D. Bohr und B. Trauzettel
