Estructura electrónica y propiedades de transporte en grafeno y otros sistemas nanoscópicos

Résumé

En esta Tesis doctoral hemos realizado el estudio teórico y experimental de la estructura y el transporte electrónico en diversos nanodispositivos semiconductores tales como puntos y anillos cuánticos así como en grafeno. La Tesis se articula en dos partes diferenciadas: En la primera parte hemos realizado un estudio puramente teórico de los estados electrónicos de puntos y anillos cuánticos en presencia de impurezas hidrogenoides. La aparición de estas impurezas donadoras modifica sustancialmente los niveles energ éticos de las nanoestructuras y este efecto se ha estudiado por medio de dos métodos distintos. En el caso de los anillos cuánticos hemos usando el método de diferencias finitas para obtener los niveles energéticos de la estructura cuando posee una i mpureza localizada en su origen, observando la localización de la función de onda en la impureza, como un método variacional cuando la impureza se encontraba situada fuera del origen de la estructura. En el caso de puntos cuánticos hemos calculado su espectro energético en presencia de una impureza donadora para cualquier posición de la misma y tamaño del punto mediante el método de potenciales no locales. Hemos propuesto además, usando el formalismo de Landauer, dos novedosos diseño de filtros de espín basados en un hilo cuántico con dos puntos cuánticos acoplados a él y de un punto cuántico acoplado a dos contactos ferromagnéticos. Para ambos diseños hemos observado que se alcanza la polarización máxima de la corriente de portadores siend o para un amplio rango de energías, mejorando con ello los diseños propuestos con anterioridad. La segunda parte de la Tesis se basa en el estudio teórico y experimental de las transiciones de fase asociadas al efecto Hall cuántico. Hemos introducid o los distintos montajes experimentales que nos han permitido realizar medidas de magnetotransporte. Mostramos a su vez un completo estudio acerca de la fabricación de muestras basadas en grafeno (una monocapa de átomos de carbono empaquetados en una red hexagonal) y los distintos dispositivos que hemos realizado, tales como barras Hall, nanocintas o anillos de grafeno. El estudio experimental finaliza con un análisis en profundidad del efecto Hall cuántico en grafeno dependiente de la temperatu