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Time-resolved impurity-invisibility in graphene nanoribbons

Riku Tuovinen, Michael A. Sentef, Claudia Gomes da Rocha, Mauro S. Ferreira

Nanoscale· Volume 11· Issue 25

Abstract

We investigate time-resolved charge transport through graphene nanoribbons supplemented with adsorbed impurity atoms. Depending on the location of the impurities with respect to the hexagonal carbon lattice, the transport properties of the system may become invisible to the impurity due to the symmetry properties of the binding mechanism. This motivates a chemical sensing device since dopants affecting the underlying sublattice symmetry of the pristine graphene nanoribbon introduce scattering. Using the time-dependent Landauer-Büttiker formalism, we extend the stationary current-voltage picture to the transient regime, where we observe how the impurity invisibility takes place at sub-picosecond time scales further motivating ultrafast sensor technology. We further characterize time-dependent local charge and current profiles within the nanoribbons, and we identify rearrangements of the current pathways through the nanoribbons due to the impurities. We finally study the behavior of the transients with ac driving which provides another way of identifying the lattice-symmetry breaking caused by the impurities.
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Research context

OpenAlex topics: Graphene research and applications · Carbon Nanotubes in Composites · 2D Materials and Applications

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Affiliations

Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter

22761 Hamburg

Germany

Department of Physics and Astronomy

University of Calgary

2500 University Drive NW

Calgary

Canada

School of Physics

Trinity College Dublin

Dublin 2

Ireland

Centre for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices (CRANN) and Advanced Materials and Bioengineering Research (AMBER) Centre

Funding

Deutsche Forschungsgemeinschaft

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