title: Quantum transport in carbon-based nanostructures
Creators: name: Nemec, Norbert
Publisher: name: Universität Regensburg
Year: 2007
Subjects: subject: Elektronischer Transport , Kohlenstoff-Nanoröhre , Kohlenstoff , Graphit , Starke Kopplung , Elektronenstruktur , Magnetfeld , Elektrischer Kontakt , , carbon , electronic structure , quantum transport , computational physics
subject: 530 Physik
subject: 81.05.Uw 7

description: The electronic structure and the quantum transport properties of graphene, carbon nanotubes and graphene nanoribbons are studied using analytical and numerical tools. Special care is taken in considering fundamental questions of high experimental relevance and in relating the results to experiments. The main focus of the work is on numerical calculations based on the tight-binding description of electrons, also integrating the results of microscopic ab initio calculations and including several minimal models at various degrees of detail. Transport calculations are done based on the Landauer formalism of linear conductance, using Green function decimation algorithms for the efficient handling of large systems of up to thousands of atoms. Following three detailed theoretical introductory chapters, the work is organized in four parts: One chapter on the effects of realistically modelled metallic contacts on the transport properties of nanotubes and -ribbons, including a section dealing with ballistic magnetoresistance effects. Another chapter about the mesoscopic length scales in disordered and defective carbon systems. A chapter on multilayer carbon systems that deals with issues of approximate momentum conservation in incommensurate systems. Finally, a chapter on the effects of external magnetic fields on the electronic structure of carbon systems. The appendices give a precise derivation of the theoretical tools used in the work and include fully documented source code implementations of the relevant algorithms used throughout the project.
description: Die elektronische Struktur und die Quantentransporteigenschaften von Graphen, Kohlenstoffnanoröhrchen und Graphennanostreifen werden mit analytischen und numerischen Methoden untersucht. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei auf fundamentelle Fragen von hoher experimenteller Relevanz gelegt. Es wird versucht, die Ergebnisse mit dem Exeriment in Verbindung zu bringen. Das Hauptaugenmerk der Arbeit liegt auf numerischen Berechnungen basierend auf der sog. Tight-Binding Beschreibung von Elektronen. Auch die Ergebnisse mikroskopischer ab-initio Berechnungen werden integriert und mehrere minimale Modelle unterschiedlicher Detailliertheit werden untersucht. Die Transportrechnungen basieren auf dem Landauer-Formalismus für die lineare Leitfähigkeit unter Verwendung von Green-Funktions-Dezimierungs-Algorithmen zur effizienten Bearbeitung großer Systeme von Tausenden von Atomen. Im Anschluss an drei detaillierte theoretische Einführungskapitel ist die Arbeit in vier Teile gegliedert: Ein Kapitel über die Auswirkungen realistisch modellierter metallischer Kontakte auf die Transporteigentschaften von Nanoröhrchen und -streifen. Ein weiteres Kapitel über mesoskopische Längenskalen in ungeordneten und defektbehafteten Kohlenstoffsystemen. Ein Kapitel über mehrlagige Kohlenstoffsysteme, das die Frage von näherungsweiser Impulserhaltung in inkommensurablen Systemen behandelt. Schließlich ein Kapitel über den Effekt externer Magnetfelder auf die elektronische Struktur von Kohlenstoffsystemen. Die Anhänge enthalten eine präsize Herleitung der theoretischen Werkzeuge, die in der Arbeit verwendet wurden, sowie vollständig dokumentierte Quellcodes von Implementierungen der relevanten Algorithmen.