Maksimizatsiya termo-EDS v optimal'no neuporyadochennom grafene

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Мы изучаем взаимное влияние электрон-фононного и электрон-примесного рассеяния в графене и его проявления в термо-ЭДС S. Рассеяние электронов на акустических фононах, доминирующее в чистых образцах, приводит к независящему от энергии коэффициенту диффузии носителей, что обусловливает нулевое значение S. Добавление заряженных примесей играет двойную роль. При низких концентрациях примесей коэффициент диффузии становится зависимым от энергии, что повышает S. В сильно неупорядоченных образцах концентрация носителей становится неоднородной, что приводит к самоусреднению термо-ЭДС. Последний эффект исследуется нами с помощью теории эффективной среды и предсказывает медленное уменьшение S с ростом концентрации примесей. Соревнование этих эффектов приводит к максимизации термо-ЭДС при оптимальной плотности примесей nimp. Последняя оценивается как 2 × 1011 см−2 при комнатной температуре, что соответствует графену самого высокого качества, полученному химическим осаждением из паровой фазы.

References

  1. I. Pallecchi, N. Manca, B. Patil, L. Pellegrino, and D. Marr´e, Nano Futures 4, 032008 (2020).
  2. M. Massicotte, G. Soavi, A. Principi, and K. J. Tielrooij, Nanoscale 13, 8376 (2021).
  3. L. Delong, G. Youning, Y. Chen, L. Jiamei, Q. Khan, Y. Zhang, Y. Li, H. Zhang, and X. Heping, Nano-Micro Letters 12, 36 (2020).
  4. J. F. Sierra, I. Neumann, J. Cuppens, B. Raes, M.V. Costache, and S.O. Valenzuela, Nature Nanotech. 13, 107 (2018).
  5. H. J. Hwang, S.-Y. Kim, S.K. Lee, and B.H. Lee, Carbon 201, 467 (2023).
  6. T.G. Novak, J. Kim, J. Kim, A.P. Tiwari, H. Shin, J.Y. Song, and S. Jeon, Adv. Funct. Mater. 30, 2001760 (2020).
  7. E. Titova, D. Mylnikov, M. Kashchenko, I. Safonov, S. Zhukov, K. Dzhikirba, K. S. Novoselov, D.A. Bandurin, G. Alymov, and D. Svintsov, ACS Nano 17, 8223 (2023).
  8. T. J. Echtermeyer, P. S. Nene, M. Trushin, R.V. Gorbachev, A. L. Eiden, S. Milana, Z. Sun, J. Schliemann, E. Lidorikis, K. S. Novoselov, and A.C. Ferrari, Nano Lett. 14, 3733 (2014).
  9. S. Castilla, B. Terr´es, M. Autore, L. Viti, J. Li, A.Y. Nikitin, I. Vangelidis, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Lidorikis, M. S. Vitiello, R. Hillenbrand, K.-J. Tielrooij, and F.H. Koppens, Nano Lett. 19, 2765 (2019).
  10. S.O. Potashin, L.E. Golub, and V.Y. Kachorovskii, Phys. Rev. B 111, 205401 (2025).
  11. F. Ludwig, A. Generalov, J. Holstein, A. Murros, K. Viisanen, M. Prunnila, and H.G. Roskos, ACS Applied Electronic Materials 6, 2197 (2024).
  12. F. Ghahari, H.-Y. Xie, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. S. Foster, and P. Kim, Phys. Rev. Lett. 116, 136802 (2016).
  13. A.K. Paul, A. Ghosh, S. Chakraborty, U. Roy, R. Dutta, K. Watanabe, T. Taniguchi, A. Panda, A. Agarwala, S. Mukerjee, S. Banerjee, and A. Das, Nat. Phys. 18, 691 (2022).
  14. B. Ghawri, P. S. Mahapatra, M. Garg, S. Mandal, S. Bhowmik, A. Jayaraman, R. Soni, K. Watanabe, T. Taniguchi, H.R. Krishnamurthy, M. Jain, S. Banerjee, U. Chandni, and A. Ghosh, Nat. Commun. 13, 1522 (2022).
  15. A. Ghosh, S. Chakraborty, R. Dutta, A. Agarwala, K. Watanabe, T. Taniguchi, S. Banerjee, N. Trivedi, S. Mukerjee, and A. Das, Nat. Phys. 21, 732 (2025).
  16. J. Crossno, J.K. Shi, K. Wang, X. Liu, A. Harzheim, A. Lucas, S. Sachdev, P. Kim, T. Taniguchi, K. Watanabe, T.A. Ohki, and K.C. Fong, Science 351, 1058 (2016).
  17. E.H. Hwang, E. Rossi, and S. Das Sarma, Phys. Rev. B 80, 235415 (2009).
  18. Q. Li, E.H. Hwang, and S. Das Sarma, Phys. Rev. B 84, 115442 (2011).
  19. J. Martin, N. Akerman, G. Ulbricht, T. Lohmann, J.H. Smet, K. von Klitzing, and A. Yacoby, Nat. Phys. 4, 144 (2008).
  20. B.Y. Balagurov, Physics and Technics of Semiconductors 16, 259 (1982).
  21. D.A.G. Bruggeman, Annalen der Physik 416, 636 (1935).
  22. S. Kirkpatrick, Rev. Mod. Phys. 45, 574 (1973).
  23. Y.M. Zuev, W. Chang, and P. Kim, Phys. Rev. Lett. 102, 096807 (2009).
  24. E.H. Hwang, S. Adam, and S.D. Sarma, Phys. Rev. Lett. 98, 186806 (2007).
  25. F.T. Vasko and V. Ryzhii, Phys. Rev. B 76, 233404 (2007).
  26. V.M. Galitski, S. Adam, and S. Das Sarma, Phys. Rev. B 76, 245405 (2007).
  27. J. Liao, Y. Zhao, X. Chen et al. (Collaboration), Nature Electronics 8, 309 (2025).
  28. L. Banszerus, M. Schmitz, S. Engels, J. Dauber, M. Oellers, F. Haupt, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. Beschoten, and C. Stampfer, Sci. Adv. 1, 1 (2015).
  29. D.K. Efetov and P. Kim, Phys. Rev. Lett. 105, 256805 (2010); 1009.2988.
  30. D.A. Bandurin, I. Torre, R. Krishna Kumar, M. Ben Shalom, A. Tomadin, A. Principi, G.H. Auton, E. Khestanova, K. S. Novoselov, I.V. Grigorieva, L.A. Ponomarenko, A.K. Geim, and M. Polini, Science 351, 1055 (2016).
  31. H.-Y. Xie and M. S. Foster, Phys. Rev. B 93, 195103 (2016); 1601.05862.
  32. T. I. Andersen, T.B. Smith, and A. Principi, Phys. Rev. Lett. 122, 166802 (2019).
  33. K.P. Soundarapandian, S. Castilla, S.M. Koepfli, S. Marconi, L. Kulmer, I. Vangelidis, R. de la Bastida, E. Rongione, S. Tongay, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Lidorikis, K.-J. Tielrooij, J. Leuthold, and F.H. L. Koppens, arxiv preprint arXiv:2411.02269 (2024).
  34. H. J. Goldsmid and J.W. Sharp, J. Electron. Mater. 28, 869 (1999).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).