Quantum Monte Carlo study of semiconductor artificial graphene nanostructures
Yarı iletken yapay grafen nanoyapıların kuantum Monte Karlo ile incelenmesi
- Tez No: 969043
- Danışmanlar: PROF. DR. ALEV DEVRİM GÜÇLÜ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Antiferromanyetizma, Nano grafen, Antiferromagnetism, Nano graphene
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Semiconductor-based artificial graphene nanostructures provide a highly tunable platform for exploring strongly correlated quantum phases, with Hubbard model interaction strengths reaching $U/t \sim 100$. In this thesis, we employ high-precision variational and diffusion Monte Carlo methods to study magnetic and metal-insulator transitions in finite-sized honeycomb lattices nanopatterned on GaAs quantum wells. We demonstrate a transition from antiferromagnetic to metallic phases as a function of lattice site radius $\rho$, for a fixed lattice constant $a=50$ nm and electron numbers up to 114. By analyzing spin-spin correlation functions in hexagonal flakes with armchair edges, we find that system geometry and charge nonuniformity significantly affect the steepness and critical point of the phase transition. In addition, we report the emergence of Nagaoka ferromagnetism in these armchair-edged hexagonal structures under realistic long-range Coulomb interactions. A magnetic phase transition is induced by the addition or removal of a single electron at half-filling, providing a clear signature of itinerant ferromagnetism predicted by the Hubbard model. These findings offer insight to experimental studies by demonstrating the feasibility of observing such magnetic phases in large-scale, physically realistic systems at interaction strengths near $U/t \approx 60$.
Özet (Çeviri)
Yapay yarıiletken grafen nanoyapıları, $U/t \sim 100$ mertebesine ulaşabilen Hubbard modeli etkileşim gücüyle, güçlü korelasyonlu kuantum fazlarının incelenmesi için son derece ayarlanabilir bir platform sunmaktadır. Bu tezde, GaAs kuantum kuyularına nanopattern edilmiş sonlu boyutlu bal peteği örgülerinde manyetik ve metal-yalıtkan geçişlerini incelemek amacıyla yüksek hassasiyetli varyasyonel ve difüzyon Monte Carlo yöntemleri kullanılmaktadır. Sabit örgü sabiti $a = 50$ nm ve 114'e kadar elektron sayısı için, örgü nokta yarıçapı $\rho$'ya bağlı olarak antiferromanyetikten metale bir faz geçişi gösterilmektedir. Kol tipi (armchair) kenarlı altıgen pullarda spin-spin korelasyon fonksiyonları analiz edilerek, sistem geometrisi ve yük homojensizliğinin geçişin keskinliği ve kritik noktası üzerinde belirgin etkileri olduğu ortaya konmaktadır. Ayrıca, uzun menzilli Coulomb etkileşimleri altında, bu kol kenarlı altıgen yapılarda Nagaoka ferro-manyetizmasının ortaya çıktığı gösterilmektedir. Yarı dolulukta bir elektronun eklenmesi veya çıkarılmasıyla tetiklenen manyetik faz geçişi, Hubbard modeli tarafından öngörülen gezici (itinerant) ferromanyetizmanın açık bir göstergesidir. Bulgularımız, $U/t \approx 60$ civarında bu tür manyetik fazların büyük ölçekli ve fiziksel olarak gerçekçi sistemlerde gözlemlenebilirliğini göstererek deneysel çalışmalara önemli bir katkı sunmaktadır.
Benzer Tezler
- Electronic and magnetic properties of artificial triangular graphene quantum dots with zigzag edges
Zikzak kenarlı yapay üçgen grafen kuantum noktaların elektronik ve manyetik özellikleri
ERDOĞAN BULUT KUL
Doktora
İngilizce
2025
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALEV DEVRİM GÜÇLÜ
- Investigation of the electronic structure of the ruthenium dyes used in solar cells by combining Hartree-Fock Theory with the Quantum Monte Carlo Technique
Güneş pillerinde kullanılan ruthenium boyaların elektronik yapısının Hartree-Fock Kuramı ile Kuantum Monte Carlo Tekniğinin birleştirilerek incelenmesi
IRMAK ÇAĞLAR BERKMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEJAT BULUT
- Advanced monte carlo modeling of III-V field-effect transistors
III-V alan etkili transistörlerin monte carlo modellemesi
AYDIN TURABİ BAKIR
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CENGİZ BEŞİKÇİ
- Yarıiletken gunn lazerlerin fabrikasyonu için ileri litografik yöntemlerin uygulamaları
Applications of advanced lithographic techniques for the fabrication of semiconductor gunn lasers
LEYLA BAŞAK BÜKLÜ
Doktora
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKatıhal Fiziği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÇETİN ARIKAN
- Mapping of the electronic structure of metalloproteins onto multi-orbital Anderson model using the density functional theory
Yoğunluk fonksiyoneli teorisini kullanarak metaloproteinlerin elektronik yapısının çok yörüngeli Anderson modeli çerçevesinde betimlenmesi
ZAFER KANDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEJAT BULUT
PROF. DR. RAMAZAN TUĞRUL SENGER