Влияние структурного ближнего порядка на электронные транспортные свойства эпитаксиального графена и углеродных нанотрубок

• Автор: Бобенко, Надежда Георгиевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

Елава 1. Структура, получение, применение и свойства наноуглеродных материалов

1.1. Графен

1.1.1 .Структура и получение

1.1.2. Применение графена

1.2. Углеродные нанотрубки

1.2.1. Структура и получение

1.2.2. Применение нанотрубок

1.3. Низкотемпературные свойства наноуглеродных материалов

1.3.1 Плотность электронных состояний графена и углеродных нанотрубок

1.3.2 Проводимость и сопротивление графена и углеродных нанотрубок
1.3.3. Теплопроводность углеродных нанотрубок
1.3.4. Термоэдс углеродных нанотрубок
1 АПостановка задачи исследования
Глава 2. Низкотемпературные свойства эпитаксиального графена
2.1. Время релаксации электрона в графене
2.2. Вклад в плотность электронных состояний графена
2.3. Электросопротивление графена
Глава 3. Низкотемпературные свойства углеродных нанотрубок
3.1 .Время релаксации электрона в нанотрубках
3.2. Вклад в плотность состояний углеродных нанотрубок

3.3.Проводимость и электросопротивление углеродных нанотрубок
3.4. Электронная теплопроводность углеродных нанотрубок
3.5 Термоэдс
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В конце XX и начале XXI веков были экспериментально открыты новые формы углерода, представляющие собой структуры, поверхность которых формируется шестиугольниками и пятиугольниками с атомами углерода в вершинах. Наиболее интересными разновидностями этих новых углеродных структур являются фуллерены, углеродные нанотрубки (УНТ) и графен.
УНТ и графен, представляющие собой молекулярные формы углерода, обладают свойствами молекул и твердого тела одновременно, что, несомненно, вызывает интерес исследователей.
С одной стороны, УНТ и графен обладают необычными физикохимическими свойствами, благодаря чему они становятся привлекательным объектом исследования для фундаментальной науки. С другой стороны, эти материалы имеют огромные перспективы для прикладного их использования. Среди наиболее интересных свойств этих материалов в первую очередь следует назвать связь между геометрической структурой и ее электронными характеристиками. В зависимости от угла ориентации графитовой плоскости относительно ее оси (хиральность), нанотрубка может обладать либо металлической проводимостью, либо быть полупроводником. Аналогичная особенность наблюдается и для графена. Только здесь вид температурной зависимости проводимости зависит от точек подсоединения контактов к листу, а, следовательно, и пути, по которому потечет ток. Смена вида проводимости влечет за собой изменение и других свойств материалов: сопротивления, теплопроводности, термоэдс и т.д. Эта интересная особенность наноматериалов может быть использована, например, в разработке интегральных схем, включающих в себя элементы на основе УНТ и графена, что, в свою очередь, может привести к революционным изменениям в области миниатюризации современных компьютеров.

говорить о том, что даже УНТ типа зигзаг при увеличении диаметра могут переходить в металлическое состояние. Однако, данное моделирование рассматривает только идеальные трубки заданного диаметра и не может показать, как будут влиять внешние и внутренние факторы на свойства УНТ.
Чтобы определить структурные и электронные свойства многослойных нанотрубок, авторы [93] использовали параметризованную технику сильной связи, в которой параметры для расчетов определялись из первопринципных расчетов для более простых структур. Этот подход оказывается применимым для описания электронной структуры систем с большим числом элементарных ячеек. Ранее с его помощью была рассчитана электронная структура и возможное появление сверхпроводимости при легировании Сбо и открытия псевдощели вблизи уровня Ферми в (10,10) УНТ. Исследователи предположили, что в случае двухстенной УНТ отталкивание между стенками описываются силами Ван-дер-Ваальса, а перемещение и вращение отдельных труб аналогично движению листов графена в графите. Также вследствие слабых взаимодействий слоев и изменения симметрии при повороте одной трубки относительно другой открываются и закрываются четыре псевдощели вблизи уровня Ферми. Обнаруженная особенность, отсутствующая в других твердых телах и ОУНТ, может объяснить предполагаемую сверхпроводимость в МУНТ. Однако, предложенный в работе [93] метод не учитывает влияние температуры и дефектности структуры на ПЭС УНТ.
Анализ литературных данных по исследованию ПЭС наноматериалов позволил обнаружить следующие особенности их поведения в низкотемпературном пределе:
-теоретически рассчитанная ПЭС бездефектного графена пропорциональна Ер, в то время как для УНТ зависимость оказывается более сложная;
- с ростом концентрации примесей ПЭС увеличивается;