Магнетизм углеродных нанотрубок : Влияние кулоновского взаимодействия на кинетику диффузионно-контролируемых реакций

• Автор: Атражев, Вадим Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 79 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
1.1 Литературный обзор
1.1.1 Электронная структура углеродных нанотрубок
1.1.2 Магнитные свойства нанотрубок
1.2 Магнитная восприимчивость нанотрубок в параллельном оси трубок магнитом поле
1.2.1 Восприимчивость без учета межслойного взаимодействия
1.2.2 Влияние взаимодействия между атомами различных слоев на магнитную восприимчивость
1.3 Магнитная восприимчивость в поле, перпендикулярном оси нанотрубки
2 РОЛЬ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ФЛУКТУАЦИЙ В КИНЕТИКЕ РЕКОМБИНАЦИИ ЧАСТИЦ ПРИ НАЛИЧИИ ВНЕШНЕГО ИСТОЧНИКА
2.1 Литературный обзор
2.1.1 Задача Смолуховского в теории ДКР
2.1.2 Учет пространственных флуктуаций реагентов
2.2 Бимолекулярная реакция заряженных частиц
2.2.1 Аналитические результаты
2.2.2 Численные результаты
2.3 Кинетика гибели частиц на неподвижных ловущках при наличии внешнего источника
2.3.1 Случай произвольной размерности
2.3.2 Случай 6=1
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЯ

Введение.
Одним из наиболее ярких открытий в физике конца 20 века можно назвать экспериментальное обнаружение новых форм углерода - фуллеренов и нанотрубок, обладающих весьма необычной геометрией. Необычное геометрическое строение этих соединений породило колоссальный интерес к ним со стороны экспериментаторов и теоретиков. Так как отношение длины к диаметру углеродных нанотрубок может достигать Зэ-4 порядков, то эти объекты могут служить примером реальных одномерных кристаллов. В этой связи весьма интересно изучение их электронных свойств, которые могут оказаться отличными от свойств обычных трехмерных кристаллов.
Эти ожидания подтвердились первыми же теоретическими работами по электронной структуре нанотрубок. Оказалось, что 71-электроны нанотрубок могут обладать металлическими или полупроводниковыми транспортными свойствами. Причем, наличие или отсутствие щели между валентной зоной и зоной проводимости зависит от диаметра трубки и типа ее симметрии. На величину щели может влиять магнитное поле, что приводит к весьма интересному поведению магнетопороводимости.
Нанотрубки еще интересны в том плане, что по своим размерам они как бы занимают промежуточное положение между объектами макро- и микромира. Размеры нанотрубок колеблются от 10 ангстрем до сотен ангстрем в диаметре и от сотен ангстрем до нескольких микрон в длину. Это, с одной стороны, позволяет применять к изолированной трубке методы статистической физики, а с другой - в них существенна роль квантовых флуктуаций.
Известно, что кристаллический графит обладает сильной анизотропией магнитной восприимчивости. Причем, в плоскости, перпендикулярной, графитовым слоям диамагнитная восприимчивость достигает больших значений. Это делает весьма актуальным изучение

магнитной восприимчивости такой новой формы графита как нанотрубки. Этой проблеме посвящена первая глава диссертации.
Из теории диффузионно-контролируемых реакций (ДКР) известно, что кинетика мономолекулярных и бимолекулярных реакций сильно зависит от размерности реакционной системы. Так как углеродные нанотрубки можно рассматривать как промежуточное звено между одномерными и двумерными объектами, то теория ДКР в низкоразмерных системах весьма актуальна для понимания физических и химических процессов, происходящих на поверхности нанотрубок. Вторая глава диссертации посвящена изучению двух типов ДКР: реакции А++В‘->0, где А и В заряженные частицы, и реакции А+В-0, А - диффундирующие частицы, а В - неподвижные ловушки бесконечной емкости.
Первая реакция описывает рекомбинацию электронов и дырок в неупорядоченных полупроводниках и имеет непосредственное отношение к процессам фотопроводимости. Вторая реакция может служить моделью для изучения кинетики гибели фотовозбуждений на примесях в процессе фотолюминесценции.
Известно, что в ДКР на больших временах кинетика определяется флуктуациями плотности реагентов. Причем, это влияние тем существеннее, чем ниже размерность системы. При приготовлении реакционной системы внешним источником частиц роль флуктуаций существенно усиливается, так как происходит стохастическая агрегация частиц. Наличие долговременных хвостов в процессах фотопроводимости и фотолюминесценции может быть объяснено агрегацией частиц в процессе облучения образца. В диссертации рассмотрено влияние кулоновского взаимодействия для двумерных и трехмерных систем на процессы стохастической агрегации частиц и последующей кинетики их гибели после выключения внешнего источника частиц.

Двигаясь по химпотенциалу мы выводим из игры участки различных Ш зон, и так как они имеют разные знаки магнитной поправки к энергии, то это приводит к осцилляциям суммарной магнитной поправки.

С (%
Рис. 1.11 Зависимость х± допированных нанотрубок от концентрации акцепторной примеси Т=100К (а) и Т=300К (б).