Pemodelan sistem quantum wirea dan quantum dots dalam material graphene struktur nano menggunakan pengungkungan medan magnetik tak homogen dan reduksi massa

ABSOR, Moh. Adhib Ulil, Prof. Drs. Kamsul Abraha, Ph.D

2010 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Telah dilakukan pemodelan pada sistem quantum wires (QW) dan quantum dots (QD) dalam material graphene lapisan tunggal dan ganda berstruktur nano menggunakan gabungan pengungkungan medan magnetik tak homogen dan reduksi massa. Pengungkungan reduksi massa disumbangkan oleh efek permukaan sebagai akibat dari pemotongan sampel graphene yang berukuran nanometer yang ditumbuhkan pada medium isolator sementara itu pengungkungan medan magnetik tak homogen dibuat dengan cara mendeposisikan material ferromagnetik secara tak homogen pada permukaan material graphene. Perhitungan yang telah dilakukan adalah berdasarkan kerangka massa efektif k.p yang diperoleh berdasarkan ekspansi Hamiltonian ikatan kuat (tight-binding) efektif disekitar titik-titik Dirac. Pada sistem QW dengan struktur tanggul magnetik banyak, elaborasi dilakukan dengan menggunakan metode matriks transfer yang digeneralisasi berdasarkan perhitungan fungsi gelombang pada kasus QW dengan struktur tanggul magnetik tunggal. Sementara itu pada sistem QD, elaborasi dilakukan dengan menggunakan metode variabels kompleks yang diperoleh berdasarkan bentuk komplek dari persamaan differensial parsial sistem yang ditinjau. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa pada sistem QW, energi elektron memiliki ketergantungan yang sangat kuat terhadap ukuran QW, besarnya medan magnetik yang digunakan, dan lebar-sempitnya ukuran tanggul magnetik, sementara itu pada sistem QD, energi elektron memiliki ketergantungan yang sangat kuat terhadap ukuran dan jari-jari QD dan besarnya medan magnetik yang digunakan. Hasil perhitungan juga menunjukkan bahwa untuk nilai medan magnetik yang kecil, spektrum energi didominasi oleh pengungkungan reduksi massa, namun demikian ketika medan magnetik diperbesar maka akan memunculkan adanya aras-aras Landau yang menunjukkan signifikansi sumbangan dari pengungkungan medan magnetik.

Modelling of quantum wires (QW) and quantum dots (QD) systems in a single and bilayer graphene nanostructures using the confinements of the combination of inhomogeneouse magnetic fields and mass reductions had been done. The confinements of mass reductions had been given by surface effects caused by the influence of cutting of graphene samples in the size of nanometers that assembled on the insulator media, while the confinement of inhomogeneous magnetic fields can be made by depositing the ferromagnetic materials on the top of graphene surfaces. The calculation had been done in the framework of k.p effective mass approximations produced by the expansion of effective tight binding Hamiltonians in the vicinity of Dirac points. In QW system with multiple magnetic barrier structures, the elaboration had been done using transfer matrix methods generalized by the calculations of the wave function of electron in the case of QW with single magnetic barrier structures, while in QD system, the elaboration had been done using complex variable methods produced by the complex term of the consideration of partial differential equations. The result of calculation shows that, for QW system, the electron energy has very strong dependence on the size of QW, the value of magnetic fields and the size of magnetic barrier, while for QD system, the electron energy has very strong dependence on the radius of QD and the value of magnetic fields. The result of calculation also shows that for small values of magnetic field, the electron energy of both QW and QD system are dominated by the confinement of mass reductions. However, when the values of magnetic fields are increased, the Landau level will exist that shows the significances of the confinement of magnetic fields.

Kata Kunci : QW, QD, Reduksi massa, Medan magnetik tak homogen, Massa efektiv kp