Étude des propriétés électroniques et des propriétés de transport de nanofils semiconducteurs et de plans de graphène

Study of electronic and transport properties of semiconducting nanowires and graphene planes

• Auteur / Autrice : Aurélien Lherbier
• Direction : Thierry Baron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Grenoble 1
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de simulation atomistique (Grenoble)

Résumé

Ce travail de théorie et simulation est consacré a l'étude des propriétés électroniques et des propriétés de transport mésoscopique de nanostructures. Nous utilisons une méthode numérique efficace qui permet le calcul de la conductivité de Kubo-Greenwood dans un formalisme de liaisons fortes. Cette approche offre la possibilité d'étudier avec précision des systèmes de plusieurs millions d'atomes et donc de comprendre les mécanismes de transport mis en ?uvre dans les systèmes désordonnés et de faible dimensionalité. Après une brève description des deux nano-objets auxquels nous nous sommes intéressés, les nanofils de silicium 1D et les plans de graphène 2D, et après un chapitre détaillant la méthodologie numérique et les concepts liés à l'approche de Kubo-Greenwood en espace réel, nous étudions l'impact de la rugosité de surface sur le transport électronique dans les nanofils de silicium. Nous montrons que les performances en terme de transport peuvent être directement reliées a la structure électronique sous-jacente. Nous montrons également qu'en fonction de leur orientation cristallographique, de grandes différences apparaissent dans la structure électronique des nanofils de silicium, ce qui conditionne par la suite les propriétés de transport. Puis nous regardons le cas du dopage des nanofils de silicium et nous discutons des effets d'écrantage électronique. Pour finir, le dernier chapitre est consacré à l'impact du désordre d'Anderson et à l'influence des dopants sur le transport dans les plans de graphène. Nous montrons notamment que l'introduction de dopants brise la symétrie électron-trou initialement présente dans les plans de graphène.

This simulation and theoretical work is dedicated to the study of the electronic and mesoscopic transport properties of nanostructures. We use an efficient numerical method which allows us to compute the Kubo-Greenwood conductivity from a tight binding framework. This approach offers us the possibility to precisely study systems of several millions of atoms and thus to understand the transport mecanisms involved in low dimensionality disordered systems. After a brief description of the two nano-objects which we have been interessed in, the 1D silicon nanowires and the 2D graphene planes, and after a chapter describing the numerical methodology and the concepts related to the Kubo-Greenwood approach in real space, we study the impact of surface roughness on the electronic transport in silicon nanowires. We show that the transport performances of the material can be directly linked to the actual underlying electronic structure. We also show that as a function of their crystallographic orientation, great differences appear in the silicon nanowires electronic structure, which further condition the transport properties. Then we look at the case of doping the silicon nanowires and we discuss about the electronic screening effects. Finally, the last chapter is devoted to the impact of Anderson disorder and to the influence of dopants on transport in graphene planes. We notably show that the introduction of dopants can break the initial electron-hole symmetry which takes place in ideal graphene planes.