بررسي اثرات شعاع داخلي و پهنا روي طيف انرژي و جريان پايا در حلقه هاي كوانتومي گرافيني هگزاگونال با لبه هاي زيگزاگ

The effects of inner radius and width on the energy spectrum and persistent current in zigzag hexagonal graphene quantum rings

در اين كار با استفاده از مدل تنگ بست، تأثير تغييرات شعاع داخلي و پهناي حلقه‌هاي كوانتومي گرافيني هگزاگونال با لبه‌هاي زيگزاگ در حضور شار مغناطيسي گذرنده از مركز حلقه، روي طيف انرژي و جريان پاياي آنها مورد بررسي قرار گرفته است. اين بررسي نشان مي‌دهد كه طيف انرژي اين گونه حلقه‌ها به زيرنوارهايي شامل شش تراز انرژي جفت‌ شده تقسيم مي‌شود كه به وسيله گاف‌هايي از هم جدا شده‌اند و به شدت تحت تأثير شعاع داخلي و پهنا هستند. به عبارت ديگر پهناي اين حلقه‌هاي كوانتومي به همراه شعاع داخلي، پارامترهاي بسيار مهمي هستند كه به وسيله انتخاب هوشمندانه آنها مي‌توان به مهندسي گاف انرژي در اين ساختارها پرداخت. حلقه‌هاي باريك‌تر، زيرنوارهاي انرژي منظم‌تر و گاف انرژي بزرگ‌تري دارند كه ناشي از افزايش محدوديت كوانتومي و اثرات لبه‌اي به ويژه در گوشه‌هاي ساختار حلقه گرافيني هگزاگونال است. افزايش شعاع داخلي هم مي‌تواند ترازهاي انرژي جفت‌ شده شش تايي را فشرده‌تر و گاف بين زيرنوارهاي نزديك انرژي فرمي را كاهش دهد. لازم به ذكر است كه افزايش شعاع داخلي و يا افزايش پهنا تأثيرات مشابهي روي طيف انرژي دارد و چنانچه يكي از آنها افزايش و ديگري كاهش يابد، مي‌توانند تأثيرات همديگر را به ويژه روي گاف انرژي نزديك تراز فرمي كاهش دهند. علاوه بر آن، افزايش شعاع داخلي و يا افزايش پهنا منجر به افزايش دامنه جريان پايا و نيز نوسانات آن مي‌شود. اين در حالي است كه تغييرات پهنا نسبت به تغييرات شعاع داخلي روي جريان پايا مؤثرتر است

In this work, the effects of inner radius and width variation on energy spectrum and persistent current in hexagonal graphene quantum rings with zigzag edges have been studied by using the tight-binding model. Our investigation show that the energy spectra of these rings are grouped into subbands which each one consists of six coupled energy levels that separated by energy gaps. The pattern of these subbands and gaps are strongly affected by inner radius and width. In other words, width and inner radius of the HGRs plays a very important role in gap engineering. Narrow HGRs have more regular energy subband patterns and also larger gaps, which is due to increasing the quantum confinement and the edge effects, especially in the corners of the structure. Increasing the inner radius leads to the compression of six coupled energy levels in each subbands therewith decreasing the subband gap near the Fermi level. Furthermore, increasing the inner radius or width have similar effects on the energy spectrum, so the effect of increasing one of them can be neutralized by decreasing the other one. Specially, it is dominant for the energy gap near the Fermi level. Additionally, increasing the inner radius or width leads to increasing in the amplitude and oscillations of persistent current versus magnetic flux. Meanwhile, width variation is more effective than variation of inner radius on persistent current