Влияние многочастичных эффектов на ширину запрещённой зоны в углеродных нанотрубках

Знание правильной величины ширины запрещённой территории, конечно факторов воздействующих на её изменение остаётся первостепенной задачей при применении нанотрубок в молекулярной электронике. Французские физики предложили свой способ аналогичных изучений.

Одностенные углеродные нанотрубки получаются методом сворачивания графитовых страниц (монослоев графена) в узкие полые цилиндры диаметром d~ 1 нм и длиной ~ 1 мкм. В зависимости от собственной хиральности (определяемой конкретным типом сворачивания графена) нанотрубки смогут быть или железными (плотность электронных состояний на уровне Ферми хороша от нуля), или полупроводниковыми (уровень Ферми находится в запрещенной энергетической территории (Eg) – диэлектрической щели, ширина Eg которой значительно уменьшается с ростом d по закону Eg ~ 1/d). Таковой вывод первоначально был предсказан методом несложных расчетов одночастичной электронной структуры нанотрубок, а после этого обоснован экспериментально сканирующей туннельной спектроскопией (СТС).

Наряду с этим эксперимент и теория для нанотрубок разного диаметра фактически совпадали. Но потому, что нанотрубки являются квазиодномерные объекты, то электрон-электронное сотрудничество в них должно быть значительно более значительно, чем, к примеру, в графене (и тем более – в трехмерных углеродных структурах). Исходя из этого громадный интерес воображает изучение влияния многочастичных эффектов на электронное строение нанотрубок, а также на величину Eg.

В собственной работе французские физики H.Lin и его сотрудники измерили СТС-спектры отдельных нанотрубок в жгутах, взятых на подложках Au(111) дуговым разрядом, как продемонстрировано на рис.1.

Рис. 1. Топографическое изображение (40х40 нм2) жгута из нанотрубок на поверхности Au(111) Оказалось, что в полупроводниковых нанотрубках хиральности и одинакового диаметра щель Eg значительно зависит от положения нанотрубки в жгуте: для нанотрубки, конкретно контактирующей с подложкой, величина Eg сходится с одночастичными расчетами, но наряду с этим на 20?30процентов меньше, чем для нанотрубок, расположенных на вершине жгута (рис. 2). Локальные дифференциальные ВАХ подложки, железной нанотрубки и двух полупроводниковых нанотрубок, измеренные в указанных на рис.1 точках

Для последней же, наоборот, экспериментальная величина Eg близка к расчетной с учетом кулоновского отталкивания электронов. Обстоятельством уменьшения Eg в нанотрубках, лежащих на железной подложке, есть эффект экранирования, обусловленный потенциалом изображения.

Ранее применительно к нанотрубкам данный эффект не учитывался (не смотря на то, что и был известен из опытов по адсорбированным на металле молекулам), что приводило к заниженным (но согласующимся с одночастичной моделью!) размерам Eg. По мере удаления нанотрубки от подложки потенциал изображения ослабевает, и Eg выходит на константу, определяемую в значительной степени межэлектронными многочастичными сотрудничествами. Их вклад в Eg образовывает ~ 0.5 эВ – около 50  процентов. Напомним, что знание подлинных размеров Eg в изолированных углеродных нанотрубках, и познание воздействующих на Eg факторов очень принципиально важно для применения на практике нанотрубок в молекулярной электронике и спинтронике.

Случайные записи:

• Ubeam обещает наладить безопасную передачу энергии через ультразвук
• Создано наноструктурированное стекло, способное переключаться между блокированием света и блокированием тепла

Ширина запрещенной зоны

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Новый метод селекции углеродных нанотрубок

  Возможности узких пленок из одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) с полупроводниковыми особенностями очень привлекательны для многих приложений в…

• Селективное обратимое окисление однослойных углеродных нанотрубок

  Углеродная нанотрубка (УНТ) представляет собой сверхминиатюрное электронное устройство, которое возможно использовано в качестве элемента интегральной…

• «Молекулу» вигнера можно обнаружить в углеродных нанотрубках

  Совместная исследовательская группа из Израиля, США и Италии говорит, что ей удалось замечать так именуемую молекулу Вигнера в ультрачистых углеродных…

• Углеродные нанотрубки пропускают электрический ток в два раза лучше, чем предполагалось

  Исследователи из университета штата Иллинойс (University of Illinois) показали большое повышение в пропускании электрического тока углеродными…