Simulation of quantum confinement and plasmonic response in geometrically designed silicon structures within graphene lattice

Heutige Materialwissenschaft, insbesondere die Physik kondensierter Materie, wurde unvorstellbar sein ohne die Vielfalt von Kohlenstoff Allotropen. Unter ihnen, dem Einatom-dicken Graphene, ist besonders interessant, wegen seines einzigartigen elektronischen und mechanischen Eigenschaften. Dieser Nullluckenhalbleiter ist vielen modernen wissenschaftlichen Erforschungen unterworfen. Getrieben durch solche modernen Techniken und experimentelle Methoden, wie ultraniedrige Temperaturabtastung der Rastertunnelmikrokopie (RTM), oder hoch Auflosungabtastung der Rastertransmissionselektronenmikroskopie (RTEM), die Wissenschaft von Graphene verspricht, potenziell einer am meisten Wirkungsvolle Bereiche der Forschung in der modernen Physik zu sein. Folgend in dieser Linie der Forschung, basiert auf die Forschungsergebnisse von Crommie, Lutz & Eigler in 1993, welche die Erzeugung von Quanten-Corral auf einer Metalloberflache durch Eisen-Adatomen bewiesen haben, es vorgeschlagen wurde, innerhalb des Forschungsprojektes Heteratom Quantum Corrals and Nanoplasmonics in Graphene (HeQuCoG), dass derselbe Affekt, in Graphene beobachtet werden konnte, diesmal mittels eingebetteter Silikonatomen. Das Thema dieser Arbeit ist, die erweiterten Si-Strukturen, die wie Verschmutzung in Graphene eingebettet sind, die lokal die Entbindung der elektronischen Wellenfunktionen in die Form von Quanten-Corrals abandern konnen, und auch unterschiedliche optische und plasmonische Antwortfunktionen vom System in linearem Limes erzeugen konnen, zu erforschen. Der entscheidende Vorteil von diesen Graphene-basierten Strukturen gegenuber den Adatomen auf den Metalloberflachen ist, dass sie Kovalent gebunden sind, welche sie, bis zu dem Raumtemperatur und viel daruber, stabil macht. Deshalb in dieser Arbeit, eine theoretische Studie, durch computergestutzte Methoden, durchgefuhrt wird, in eine systematische Art und Weise, anfangend damit, die Geometrie der Strukturen zu entspannen, und die Energetik der Strukturen pro Grose zu konvergieren. Weitere Simulationen der Strukturen (Geometrie Relaxation) sind dann mit dem Dichtefunktionaltheorie-Code (DFT), GPAW (Grid-bas Projector Augmen- ted Wave), der besonders dafur bekannt ist, fahig dazu zu sein, grose Strukturen zu behandeln, durchgefuhrt. Die entspannten Strukturen, sind dann mittels des RTM-Simulationspakets analysiert, fur die Erfassung der eingeschlossenen elektronischen Zustanden. Zusatzlich zu der Ebene-welle basierten Methode der linearen dielektrischen Antwortfunktion, welche auch das Elektronenenergieverlustspektroskopie- (EELS) Spektrum von periodischen Systemen berech- nen wurde, dieses Programm auch die zeitabhangige-DFT-Paket (TDDFT) anbietet, welches das optischen Photoabsorptionsspektrum von den grosen Strukturen ausrechnen, und auch deren lokalisierte Oberflachenplasmonenresonanzen (LSPR) visualisieren kann. Die experimentelle Bestatigung der Ergebnissen dieser Arbeit bleibt das Ziel des oben-genannten Forschungsprojektes HeQuCoG, welche von Bedeutung fu¨r die Physik der elektronischen Eigenschaften der Materie, und deren relevante Industrie, sein konnte.