Elektronien klassinen diffuusio Lorentz-kaasussa

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin laskennallisesti hiukkasen diffuusiota grafeenin kaltaisessa hilarakenteessa, Lorentz-kaasussa. Energian arvoina käytettiin Lorentz-kaasun sirottajien potentiaalien suhteen normalisoituja arvoja siten, että arvo E = 1 vastasi sirottajien potentiaalin suuruutta. Tätä pistettä kutsuttiin työssä kriittiseksi energiaksi, koska kyseisen pisteen jälkeen mallinnettavalla hiukkasella saattoi olla riittävästi energiaa ylittää mallinnetut pehmeät potentiaalit.

Lähellä kriittistä energiaa mallinnettavan hiukkasen havaittiin jäävän loukkuun tietyille alueille, jolloin sen diffuusiokertoimen havaittiin lähestyvän nollaa eli hiukkasella havaittiin subdiffuusiota. Toisaalta pienillä muutoksilla potentiaalien pehmeyteen ja vierekkäisten sirottajien väliseen etäisyyteen hiukkasen havaittiin superdiffusoituvan eli diffuusiokertoimen havaittiin kasvavan voimakkaasti, koska hiukkasella esiintyi ballistisia ratoja ja se kulkeutui lähes suoraviivaisesti pois päin alkupisteestään. Tarkasteltaessa lähemmin kyseisiä ballistisia ratoja havaittiin osan radoista olevan ballistisia mahdollisesti jopa 80% mallinnettavasta radasta, minkä jälkeen diffuusionopeus tasaantui ja hiukkasella esiintyi normaalia diffuusiota.

Selkeästi hiukkasen energian ollessa lähellä kriittistä energiaa sillä esiintyy mielenkiintoisia ominaisuuksia. Tässä työssä tutkittiin hiukkasen diffuusiota vain muutamilla eri parametreilla, ja lisälaskuille tulee olemaan tarvetta, jotta kyseisiä ilmiöitä voitaisiin ymmärtää paremmin.