Corrientes de bombeo cuántico inducidas por vibraciones en nanocintas de grafeno

RIBETTO, FEDERICO D.; ELASKAR, SILVINA A.; CALVO, HERNÁN L.; BUSTOS-MARÚN, RAÚL A.

San Carlos de Bariloche

Congreso; 107° Reunión de la Asociación Física Argentina; 2022

Asociación Física Argentina

Los sistemas nanoelectromecánicos (NEMS) son una clase dedispositivos que integran funcionalidad eléctrica y mecánica en lananoescala. Estos dispositivos, de dimensiones de cientos a unospocos nanómetros, poseen diferentes potenciales aplicaciones; comoser el procesamiento de señales, el almacenamiento de datos, comodetectores ultrasensibles, y hasta en la recolección de energíasresiduales [1].Diversos sistemascarbonosos se han convertido en componentes básicos para laconstrucción de NEMS. Particularmente, las nanocintas de grafeno(NCGs) suspendidas constituyen NEMS prometedores como detectores demasa, fuerza y carga [2]. Sin embargo, diversos fenómenos puedeninducir corrientes alternas que resultan adversas para este fin. Porejemplo, a temperatura ambiente, las NCGs están en constantemovimiento dando lugar a oscilaciones medibles de la corrienteeléctrica [1]. Otros fenómenos como la propagación de ondasvibracionales a través del material o la aplicación de voltajes decompuertas dependientes del tiempo también pueden provocar esteefecto [2]. Hasta ahora, la mayoría de los estudios realizados sobrela generación de corrientes eléctricas inducidas por vibraciones sebasan en modelos clásicos de capacitancias dependientes del tiempo[1].En este trabajoadoptamos un enfoque cuántico y analizamos las contribuciones a lacorriente debidas al bombeo cuántico adiabático surgido de lavariación de parámetros de las NCGs, como las energías de sitio ylos acoples entre ellas. Si bien el valor promedio de esta corrienteinducida es nulo, la misma puede contribuir de manera instantánea ala corriente total y, por ende, al ruido en la misma. En particular,estudiamos las contribuciones de los modos vibracionales de más bajafrecuencia de una NCG suspendida. Para ello, adaptamos la descripciónteórica del bombeo cuántico adiabático al caso genérico deoscilaciones de modos normales vibracionales [3]. Esto requiere delconocimiento de la matriz de dispersión del sistema, la cual esobtenida a partir de un modelo tight-binding resuelto numéricamentemediante el paquete Kwant [4].[1] P. M. Thibado,P. Kumar, S. Singh, M. Ruiz-Garcia, A. Lasanta & L. L. Bonilla,Fluctuation-induced current from freestanding graphene, Phys. Rev. E102, 042101 (2020).[2] D.Garcia-Sanchez, A. M. van der Zande, A. San Paulo, B. Lassagne, P. L.McEuen & A. Bachtold, Imaging mechanical vibrations in suspendedgraphene sheets, Nano Lett. 8, 1399 (2008).[3] R. A.Bustos-Marún, Geometric rectification for nanoscale vibrationalenergy harvesting, Phys. Rev. B 97, 075412 (2018).[4] C. W. Groth, M.Wimmer, A. R. Akhmerov & X. Waintal, Kwant: a software packagefor quantum transport, New J. Phys. 16, 063065 (2014).p { line-height: 115%; margin-bottom: 0.25cm; background: transparent }