Dissertação
{en_GB=Twisted bilayer graphene - electronic and optical properties} {} EVALUATED
{pt=O estudo das propriedades das heteroestruturas de van der Waals é um tópico de investigação recente em física da matéria condensada, com enorme potencial [1-3] mas ainda numa fase inicial. Nesta dissertação, o foco está na descrição teórica de um dos amontoamentos mais simples, a bicamada de grafeno rodada, que pode ser vista como um dos constituintes fundamentais em empilhamentos mais complexos. Começa-se por reproduzir uma teoria a uma partícula, baseada num modelo contínuo de baixa energia, para os estados eletrónicos deste material; a determinação dos perfis da densidade de estados e da densidade de portadores de carga segue-se imediatamente. Depois, prossegue-se para o estudo das propriedades óticas, nomeadamente a condutividade ótica (no contexto da teoria da resposta linear) e o espectro dos plasmões-polaritões de superfície no grafeno (usando um tratamento semi-clássico). Por fim, os efeitos das interações eletrão-eletrão são investigados, em particular o termo corretivo de auto-energia para a renormalização das bandas devido ao potencial repulsivo de Coulomb de longo alcance (blindado). Neste trabalho, alcançou-se um profundo entendimento dos mais recentes modelos efetivos semi-analíticos e das suas particularidades. Quanto aos cálculos da condutividade ótica, verificou-se que os resultados são compatíveis com a literatura e discutiram-se ainda as implementações numéricas, introduzindo-se um novo método eficaz para calcular a condutividade de Drude. Obtiveram-se também resultados originais para a resposta plasmónica deste sistema. Relativamente aos efeitos das interações eletrão-eletrão, embora não se tenha conseguido preencher esta lacuna na literatura, apresentou-se uma discussão sobre como abordar, em trabalhos futuros, as dificuldades encontradas., en=The study of the properties of van der Waals heterostructures is a new trending research field in condensed matter physics, with huge potential [1-3] but still in an early stage. In this thesis, we focus on the theoretical description of one of the simplest stackings, the twisted bilayer graphene, which can be seen as one of the fundamental pieces for more complex assemblies. We reproduce a single-particle theory, based on a low-energy continuum model, for the electronic states in this material; the profile determination of the density of states and the carrier density follows directly. Then, we proceed with the study of the optical properties, namely the optical conductivity (within the linear response theory) and the spectrum of graphene surface plasmon-polaritons (using a semi-classical treatment). Lastly, we address the effects of electron-electron interactions, in particular the self-energy correction term for the band renormalization due to the long range (screened) Coulomb repulsion. In this work, a profound understanding of the most recent semi-analytical effective models and their features was attained. As for the optical conductivity calculations, our results were compatible with the literature and we also discussed the numerical implementations, introducing a new and improved method for computing the Drude conductivity. Original results for the plasmonic response of this system were achieved. Regarding the electron-electron interaction effects, although we could not fulfill this gap in the literature, we believe we have provided a useful discussion on how to tackle the difficulties in future works.}
março 2, 2017, 11:0
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
