Transporte eletrônico em isolantes topológicos 2D

• Autor(a) principal: Sanches, Dimy Nanclares Fernandes
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-20102021-163536/
• topic: efeito Hall; electronic transport; isolante topológico; quantum Hall effect; spin; spin; topological insulator; transporte eletrônico

Os materiais topológicos compõem uma área de pesquisa de crescente interesse na física da matéria condensada. Para além de sua importância na construção de uma teoria topológica de bandas, seu estudo tem se mostrado rico pela possibilidade de aplicações tecnológicas desses materiais, como a spintrônica e a computação quântica. Neste trabalho, estudamos propriedades de transporte eletrônico em isolantes topológicos bidimensionais (poços quânticos de HgTe/CdTe), materiais que apresentam efeito Hall quântico de spin. Tais sistemas são isolantes no bulk mas possuem estados de borda metálicos, por onde é possível transmitir portadores de carga spinpolarizados. Nosso objetivo é determinar como se dá o transporte dos portadores de carga no interior do material, a nível nanoscópico. Em especial, simulamos tiras de HgTe/CdTe apresentando junções nXn, onde a região central pode ser do tipo n, p ou isolante topológico. Utilizamos ao longo do trabalho os métodos de diferenças finitas e funções de Green recursivas, adaptados ao material estudado. Para diversas configurações do sistema, a estrutura de bandas nas vizinhanças do ponto gama foi obtida numericamente pela diagonalização do hamiltoniano BHZ, discretizado no espaço das coordenadas pelo método das diferenças finitas. É possível simular os regimes de isolante trivial e isolante topológico por este método, variando os parâmetros do hamiltoniano. Para sistemas no regime topológico, verificamos a existência de estados de borda helicais na ausência de campo magnético. A transmissão de elétrons foi obtida sítio a sítio para tiras de HgTe/CdTe. De fato, quando a tira é ligada a dois contatos injetando carga no sistema, os portadores atravessam o material pelas bordas, respeitando a polarização de spin imposta pelo regime topológico. Utilizando uma tensão de gate VG adicionada nos cálculos sítio a sítio, as junções nXn foram simuladas. Sistemas desse tipo, na presença de campo magnético, podem atuar como filtros selecionando elétrons spin-polarizados permitidos para atravessá-lo.