Influence of quasi-particle density over polaron mobility in armchair graphene nanoribbons

文献情報

出版日 2018-05-22
DOI 10.1039/C8CP02373E
インパクトファクター 3.676
著者

Wiliam Ferreira da Cunha, Rafael Timóteo de Sousa Junior, Antonio Luciano Almeida Fonseca, Geraldo Magela e Silva


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要旨

An important aspect concerning the performance of armchair graphene nanoribbons (AGNRs) as materials for conceiving electronic devices is related to the mobility of charge carriers in these systems. When several polarons are considered in the system, a quasi-particle wave function can be affected by that of its neighbor provided the two are close enough. As the overlap may affect the transport of the carrier, the question concerning how the density of polarons affect its mobility arises. In this work, we investigate such dependence for semiconducting AGNRs in the scope of nonadiabatic molecular dynamics. Our results unambiguously show an impact of the density on both the stability and average velocity of the quasi-particles. We have found a phase transition between regimes where increasing density stops inhibiting and starts promoting mobility; densities higher than 7 polarons per 45 Å present increasing mean velocity with increasing density. We have also established three different regions relating electric field and average velocity. For the lowest electric field regime, surpassing the aforementioned threshold results in overcoming the 0.3 Å fs−1 limit, thus representing a transition between subsonic and supersonic regimes. For the highest of the electric fields, density effects alone are responsible for a stunning difference of 1.5 Å fs−1 in the mean carrier velocity.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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