Topological properties of mono- and multilayer graphene, flat bands and surface superconductivity
Tutustun Pro Gradu -työssäni topologisiin materiaaleihin ja perehdyn grafeenin
sekä romboedrisen grafiitin ominaisuuksiin tästä näkökulmasta. Erityisesti tutkin
grafeenin alihilasymmetrian rikkoutumisen vaikutuksia grafiitissa lisäämällä
heilahtelevan potentiaalin α grafeenin tight-binding -malliin. Lasken romboedrisen
grafiitin matalaenergiatilat tight-binding -mallista ja saan tulokseksi, että α avaa
energia-aukon, mutta säilyttää vyön tasomaisen muodon, joka on saatu artikkelissa
[16].
Tutkin työssäni myös heilahtelevan potentiaalin vaikutusta romboedrisen
grafiitin suprajohtaviin pintatiloihin. Päätulokseni on, että heilahteleva potentiaali
rikkoo grafiitin pintojen välisen symmetrian ja tuottaa näille eri järjestysparametrit,
kun systeemillä on äärellinen kemiallinen potentiaali. Muuttamalla
kemiallista potentiaalia epäsymmetriaa voidaan kasvattaa niin, että suprajohtavuutta
esiintyy vain toisella pinnalla. Saan lisäksi numeerisesta analyysistä
epäsymmetriset ratkaisut myös silloin, kun kemiallista potentiaalia ei ole, mitä
ei voida selittää tämän mallin avulla. Kyseessä saattaa olla metastabiili tila tai
täysin numeerinen ongelma, jonka analyysin jätän myöhempiin tutkimuksiin.
...
In this thesis I study the symmetries and topological properties of graphene
and rhombohedral graphite. To break the sublattice symmetry of graphene I
add a staggering potential α to the model. I study the effect of α in graphite by
calculating the low energy dispersion relations in the bulk and on the surfaces. I
get as a result that α opens up a gap to the surface states of graphite, but retains
the form of a flat band obtained in [16].
I also study the superconducting surface states of rhombohedral graphite in
the presence of a staggering potential. I get that the staggering potential breaks
the symmetry between the surface layers and produces different order parameters
for the two surfaces in the presence of non-zero chemical potential. The
asymmetry can be tuned with suitable doping such that the superconductivity
occurs only on the other surface. I also obtain a peculiar asymmetry in the numerical
solutions for the order parameters even for zero doping, that cannot be
explained by the theory. This may be a metastable state or a numerical issue,
that should be analysed in detail in future studies.
...
Keywords
Metadata
Show full item recordCollections
- Pro gradu -tutkielmat [29367]
Related items
Showing items with similar title or keywords.
-
Mean-field theory for superconductivity in twisted bilayer graphene
Peltonen, Teemu; Ojajärvi, Risto; Heikkilä, Tero (American Physical Society, 2018)Recent experiments show how a bilayer graphene twisted around a certain magic angle becomes superconducting as it is doped into a region with approximate flat bands. We investigate the mean-field s-wave superconducting ... -
Flat-band superconductivity in periodically strained graphene : mean-field and Berezinskii–Kosterlitz–Thouless transition
Peltonen, Teemu Juhani; Heikkilä, Tero T. (Institute of physics, 2020)In the search of high-temperature superconductivity one option is to focus on increasing the density of electronic states. Here we study both the normal and s-wave superconducting state properties of periodically strained ... -
Flat-band superconductivity in strained Dirac materials
Kauppila, V. J.; Aikebaier, Faluke; Heikkilä, Tero (American Physical Society, 2016)We consider superconducting properties of a two-dimensional Dirac material such as graphene under strain that produces a flat-band spectrum in the normal state. We show that in the superconducting state, such a model results ... -
Electron-phonon interaction in flat-band superconductivity
Ojajärvi, Risto (2017)Parhaiten tunnettu suprajohtavuuden syntymekanismi perustuu fononien välittämään vetovoimaan elektronien välillä. Tässä tutkielmassa tutkin fononien välittämää suprajohtavuutta systeemeissä, jossa elektronivyöt ovat ... -
Moiré-Enabled Topological Superconductivity
Kezilebieke, Shawulienu; Vaňo, Viliam; Huda, Md N.; Aapro, Markus; Ganguli, Somesh C.; Liljeroth, Peter; Lado, Jose L. (American Chemical Society (ACS), 2022)The search for artificial topological superconductivity has been limited by the stringent conditions required for its emergence. As exemplified by the recent discoveries of various correlated electronic states in twisted ...