Electric-field control of the band gap and Fermi energy in graphene multilayers by top and back gates

石墨烯 凝聚态物理 费米能级 费米能量 带隙 电子 电场 态密度 双层石墨烯 材料科学 电子能带结构 物理 石墨烯纳米带 纳米技术 量子力学
作者
A. A. Avetisyan,B. Partoens,F. M. Peeters
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:80 (19) 被引量:121
标识
DOI:10.1103/physrevb.80.195401
摘要

It is known that a perpendicular electric field applied to multilayers of graphene modifies the electronic structure near the $K$ point and may induce an energy gap in the electronic spectrum which is tunable by the gate voltage. Here we consider a system of graphene multilayers in the presence of a positively charged top and a negatively charged back gate to control independently the density of electrons on the graphene layers and the Fermi energy of the system. The band structure of three- and four-layer graphene systems in the presence of the top and back gates is obtained using a tight-binding approach. A self-consistent Hartree approximation is used to calculate the induced charges on the different graphene layers. We predict that for opposite and equal charges on the top and bottom layers an energy gap is opened at the Fermi level. For an even number of layers this gap is larger than in the case of an odd number of graphene layers. We find that the circular asymmetry of the spectrum, which is a consequence of the trigonal warping, changes the size of the induced electronic gap, even when the total density of the induced electrons on the graphene layers is low.
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