Kuantum teli - Quantum wire

Gelen mezoskopik fizik , bir kuantum tel bir bir elektriksel olarak iletken bir tel olduğu kuantum etkisi geçirme özelliklerine etki etmektedir. Genellikle bu tür etkiler nanometre boyutunda ortaya çıkar, bu nedenle nanoteller olarak da adlandırılırlar .

kuantum etkileri

Bir telin çapı yeterince küçükse, elektronlar enine yönde kuantum hapsi yaşayacaktır . Sonuç olarak, enine enerjileri bir dizi ayrık değerle sınırlı olacaktır. Bu nicelemenin bir sonucu , bir telin elektrik direncini hesaplamak için kullanılan klasik formülün ,

R=\rho {\frac {l}{A}},

kuantum teller için geçerli değildir ( malzemenin özdirenci , uzunluğu ve telin kesit alanıdır). ${\görüntüleme stili \rho }$ ${\görüntüleme stili l}$ ${\görüntüleme stili A}$

Bunun yerine, bir telin direncini hesaplamak için hapsedilmiş elektronların enine enerjilerinin tam bir hesaplaması yapılmalıdır. Elektron enerjisi nicelenmesi den sonra, elektriksel iletkenlik (direnç tersi) adedi nicelenecek bulunduğunda , burada bir elektron yükü ve bir Planck sabiti . İki faktörü, spin dejenerasyonundan kaynaklanır . Tek bir balistik kuantum kanalı (yani iç saçılımı olmayan) bu kuantum iletkenliğe eşit bir iletkenliğe sahiptir . İç saçılma varlığında iletkenlik bu değerden daha düşüktür. ${\ Displaystyle 2e^{2}/h}$ ${\görüntüleme stili e}$ ${\görüntüleme stili h}$

Nicelemenin önemi, belirli bir malzeme için nanotelin çapı ile ters orantılıdır . Malzemeden malzemeye, elektronik özelliklere, özellikle elektronların etkin kütlesine bağlıdır. Fiziksel olarak bu, iletim elektronlarının belirli bir malzeme içindeki atomlarla nasıl etkileştiğine bağlı olacağı anlamına gelir. Pratikte, yarı iletkenler, büyük tel enine boyutları (~100 nm) için net iletkenlik niceleme gösterebilir , çünkü hapsetme nedeniyle elektronik modlar uzamsal olarak genişletilir. Sonuç olarak, Fermi dalga boyları büyüktür ve bu nedenle düşük enerji ayrımlarına sahiptirler. Bu, yalnızca termal enerjinin modlar arası enerji ayrımından daha düşük olduğu kriyojenik sıcaklıklarda (birkaç derece mutlak sıfır içinde ) çözülebilecekleri anlamına gelir .

Metaller için, en düşük enerji durumlarına karşılık gelen kuantizasyon sadece atomik teller için gözlenir. Karşılık gelen dalga boyları bu nedenle son derece küçük olduğundan, oda sıcaklığında bile direnç nicelemeyi gözlemlenebilir kılan çok büyük bir enerji ayrımına sahiptirler.

(6,0) CNT ( zikzak , metalik ), (10,2) CNT (yarı iletken) ve (10,10) CNT ( koltuk , metalik) için sıkı bağlama yaklaşımı kullanılarak hesaplanan bant yapıları

Karbon nanotüpler

Karbon nanotüp kuantum tel bir örnektir. Herhangi bir dahili saçılması (sergilemek için yeterince kısa bir metalik tekli duvarlı karbon nanotüp balistik taşıma ) ile iki kez yaklaşan bir iletme özelliği olan iletkenlik kuantum , . İki faktörü, karbon nanotüplerin iki uzamsal kanala sahip olması nedeniyle ortaya çıkar. ${\ Displaystyle 2e^{2}/h}$

Bir nanotüpün yapısı elektriksel özelliklerini güçlü bir şekilde etkiler. Belirli bir ( n , m ) nanotüp için, n = m ise, nanotüp metaliktir; Eğer , n - m, 3 bir katı, sonra nanotüp aksi nanotüp ılımlı olan, çok küçük bir bant boşluk ile yarı iletken olan yarı iletken . Böylece tüm koltuk ( n = m ) nanotüpler metaliktir ve nanotüpler (6,4), (9,1) vb. yarı iletkendir.

Uygulamalar

Elektronik aletler

Bir nanotel MOSFET'te inversiyon kanalının oluşumu (elektron yoğunluğu) ve eşik voltajının (IV) elde edilmesi için atomistik simülasyon sonucu. Bu cihaz için eşik voltajının 0,45V civarında olduğunu unutmayın.

Nanoteller transistörler için kullanılabilir. Transistörler , günümüz elektronik devrelerinde temel yapı elemanı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleceğin transistörlerini inşa etmenin en önemli zorluklarından biri, kanal üzerinde iyi kapı kontrolü sağlamaktır. Yüksek en-boy oranı nedeniyle, geçit dielektrikini nanotel kanalının etrafına sarmak, kanal potansiyelinin iyi bir elektrostatik kontrolü ile sonuçlanabilir, böylece transistörü verimli bir şekilde açıp kapatabilir.

Yarı iletken nanotelleri kullanarak algılama

Cihazdaki iletkenlik modülasyonunun ( elektronların / deliklerin akışı ) iletkenlik kanalındaki yük yoğunluğunun elektrostatik potansiyel değişimi (kapı-elektrot) ile kontrol edildiği alan etkili transistör (FET) cihazlarına benzer şekilde , Bio/Chem-FET'in metodolojisi, bir hedef molekül ile yüzey reseptörü arasındaki tanıma olayını karakterize eden, yük yoğunluğundaki veya "alan etkisi" olarak adlandırılan yerel değişikliğin saptanmasına dayanır.

Yüzey potansiyelindeki bu değişiklik, Chem-FET cihazını tıpkı bir 'geçit' voltajı gibi etkiler ve cihaz iletiminde saptanabilir ve ölçülebilir bir değişikliğe yol açar.

Ayrıca bakınız

Referanslar

^ S. Datta, Mezoskopik Sistemlerde Elektronik Taşıma , Cambridge University Press, 1995, ISBN 0-521-59943-1 .
^ Dresselhaus, MS ; Dresselhaus, G.; Avouris, Doktora (2001). Karbon nanotüpler: sentez, yapı, özellikler ve uygulamalar . Springer. ISBN'si 3-540-41086-4.
^ Lu, X.; Chen, Z. (2005). "Eğri Pi-çekimi, Aromatiklik ve Küçük fullerenler İlgili Kimya (C ₆₀ ) ve Tek-duvarlı karbon Nanotüpler". Kimyasal İncelemeler . 105 (10): 3643–3696. doi : 10.1021/cr030093d . PMID 16218563 .
^ Appenzeller, Joerg; Knoch, Joachim; Björk, Mikael T.; Riel, Heike ; Schmid, Heinz; Riess, Walter (2008). "Nanotel elektroniğine doğru" . Elektron Cihazlarında IEEE İşlemleri . 55 (11): 2827. Bibcode : 2008ITED...55.2827A . doi : 10.1109/TED.2008.2008011 . S2CID 703393 .
^ Engel, Yoni; Elnathan, R.; Pevzner, A.; Davidi G.; Keten E.; Patolsky F. (2010). "Silikon Nanotel Dizileri ile Patlayıcıların Süper Duyarlı Tespiti". Angewandte Chemie Uluslararası Sürümü . 49 (38): 6830-6835. doi : 10.1002/anie.201000847 . PMID 20715224 .

[1] S. Datta, Mezoskopik Sistemlerde Elektronik Taşıma , Cambridge University Press, 1995, ISBN 0-521-59943-1 .

[2] Dresselhaus, MS ; Dresselhaus, G.; Avouris, Doktora (2001). Karbon nanotüpler: sentez, yapı, özellikler ve uygulamalar . Springer. ISBN'si 3-540-41086-4.

[Curvature-3] Lu, X.; Chen, Z. (2005). "Eğri Pi-çekimi, Aromatiklik ve Küçük fullerenler İlgili Kimya (C ₆₀ ) ve Tek-duvarlı karbon Nanotüpler". Kimyasal İncelemeler . 105 (10): 3643–3696. doi : 10.1021/cr030093d . PMID 16218563 .

[4] Appenzeller, Joerg; Knoch, Joachim; Björk, Mikael T.; Riel, Heike ; Schmid, Heinz; Riess, Walter (2008). "Nanotel elektroniğine doğru" . Elektron Cihazlarında IEEE İşlemleri . 55 (11): 2827. Bibcode : 2008ITED...55.2827A . doi : 10.1109/TED.2008.2008011 . S2CID 703393 .

[5] Engel, Yoni; Elnathan, R.; Pevzner, A.; Davidi G.; Keten E.; Patolsky F. (2010). "Silikon Nanotel Dizileri ile Patlayıcıların Süper Duyarlı Tespiti". Angewandte Chemie Uluslararası Sürümü . 49 (38): 6830-6835. doi : 10.1002/anie.201000847 . PMID 20715224 .

Languages

In other projects