Transição metal-isolante e correções para a condutividade no grafeno bombardeado por feixe de íons de hélio

Trabalhos teóricos têm proposto que a produção de um potencial periódico sobre o grafeno permitiria o controle da corrente elétrica, sem a necessidade de cortes no material ou guias de onda externos. Inspirado por esses trabalhos, nós fabricamos dispositivos de grafeno no formato de ponte Hall, em que diferentes regiões do canal de condução foram modificadas por padrões nanométricos. Esses padrões consistiam em linhas separadas de dezenas de nanometros que foram produzidas pela irradiação do grafeno com um feixe de íons de hélio de 30 KeV. As propriedades de transporte de cada região foram investigadas através de medidas da magnetocondutividade para diferentes densidades de portadores e temperaturas. Nós estudamos o efeito da desordem sobre as propriedades de transporte elétrico quando se vai, progressivamente, da região de grafeno puro para a região com grafeno fortemente bombardeado pelos íons de hélio. Observamos a transição de um transporte difusivo, em que os elétrons estão fracamente localizados em um regime metálico, para um transporte por hopping de alcance variável, com elétrons fortemente localizados em um regime isolante, à medida que se vai da região de grafeno puro para o grafeno mais bombardeado. Analisando a magnetocondutividade das diferentes regiões, nós obtivemos os tempos de espalhamento carcacterísticos para os portadores de carga no grafeno. Esses resultados mostraram que em baixas temperaturas o espalhamento elétron-elétron é mais importante que o espalhamento elétron-fônon para explicar o comportamento linear da taxa de relaxação de fase com a temperatura. Nós mostramos também que a taxa de espalhamento intervale aumenta com a densidade de linhas de defeitos produzidas no grafeno. Estudamos as correções para a condutividade do grafeno a campo magnético nulo que não são previstas pelo modelo clássico de Drude. Nossos resultados indicaram que a interação elétron-elétron é suficiente para descrever as correções para a condutividade apenas para a região livre de defeitos. No entanto, para as regiões bombardeadas, o efeito Kondo deve ser adicionado para explicar o comportamento logarítmico da condutividade com a temperatura.Theoretical works have been proposed that the production of a periodic potential on the graphene may allow the control of the electric current, without the need of cuts in the material or external waveguides. Inspired by these works, we have fabricated graphene devices in Hall bar shapes which had different regions of the conduction channel modified by nanometric patterns. These patterns consisted in strips with tens of nanometers that were produced by irradiation of graphene by a 30 KeV helium ions beam. The transport proprieties in each region were investigated by measuring the magnetoconductivity for different carrier densities and temperatures. We studied the effect of disorder on the electrical transport properties as one goes progressively, from a pristine region to a highly bombarded graphene region of the device. Our results have shown a transition from diffusive transport, in which electrons are weakly localized in a metallic regime, to a variable-range hopping transport, in which electrons are strongly localized in an insulating regime, as one goes from the pristine to the most bombarded graphene region. By analyzing the magnetoconductivity of different regions, we have obtained the characteristic scattering times of charge carriers in graphene. These results have shown that at low temperatures the electron-electron scattering is more important than electron-phonon scattering to explain the linear behavior of phase-relaxation rate with temperature. We have also shown that the intervalley scattering rate increases with the density os defects strips. We have studied the corrections to conductivity in graphene at zero magnetic field beyond the classical Drudes model. Our results indicate that the electron-electron interaction is sufficient to describe the conductivity correction only for the pristine graphene region. However, for the bombarded regions, the Kondo effect must be added to explain the logarithmic behavior of the conductivity with temperature