Войти

Туннельный контакт помог изучить электронную структуру углеродных нанотрубок

1781
0
0
Туннельный контакт
Туннельный контакт.
Источник изображения: rusnanonet.ru

Российские физики показали, что можно использовать туннельный контакт для спектроскопии электронных состояний углеродных нанотрубок. Предложенная технология изготовления туннельного контакта и метод спектроскопии помогут точно определять ширину запрещенной зоны нанотрубок, которая является ключевой характеристикой для разработки любых электронных устройств на их основе.

Углеродные нанотрубки - это уникальные по своей физической природе и свойствам объекты. Они активно исследуются в последние три десятилетия и могут применяться в различных областях науки и техники: в материаловедении, физике, электронике и многих других.

Углеродную нанотрубку можно рассматривать как свернутый в трубку лист графена. Уникальность свойств углеродных нанотрубок связана с тем, что от того, каким конкретно образом этот лист был свернут в трубку, зависит ширина запрещенной зоны, которая определяет полупроводниковые либо металлические свойства нанотрубки. Можно провести следующую аналогию: представьте себе обычный лист бумаги - его можно легко свернуть в трубку, соединяя либо две противоположные стороны, либо два противоположных угла, или же можно соединить угол с любой точкой на противоположной стороне. Свойства листа бумаги никак не зависят от того, каким конкретно образом его свернули в трубку. Если теперь мы заменим лист бумаги на маленький кусочек графена, то окажется, что в зависимости от того, каким именно способом мы свернули графен в трубку, он будет вести себя либо как полупроводник, либо как металл с точки зрения проводимости. Такое поведение делает углеродные нанотрубки очень привлекательным материалом для создания всевозможных электронных устройств.

Ширина запрещенной зоны - это основная характеристика полупроводников, которая в первую очередь обусловливает возможности их применения. На данном этапе развития технологий пока не придуман хороший способ выращивать углеродные нанотрубки с заранее известной шириной запрещенной зоны. В процессе синтеза могут вырастать углеродные нанотрубки с различной шириной запрещенной зоны и даже вообще без нее. Чтобы определять ширину запрещенной зоны и конкретный вид распределения электронов по энергии, для каждой отдельной трубки традиционно использовалась туннельная спектроскопия при помощи туннельного микроскопа. Этот метод имеет ряд недостатков: он неточный, дорогой и нетехнологичный.

В опубликованной работе ученые предложили технологичный (то есть хорошо совместимый с современными технологиями изготовления электронных устройств) и масштабируемый метод для определения спектра электронов одиночной углеродной нанотрубки. Для этого исследователи изготовили туннельный контакт.

Туннельный контакт - это контакт с очень высоким электрическим сопротивлением. Металл контакта связан с трубкой не напрямую, а через тонкий слой диэлектрика.

"Диэлектрик создает туннельный барьер - энергетическую стену, которая препятствует переносу носителей заряда. "Классическая" частица не может преодолеть такой барьер, но квантовая механика "позволяет" электрону проводимости или дырке пройти сквозь такой барьер, то есть протуннелировать, - комментирует один из авторов исследования Яков Матюшкин, младший научный сотрудник лаборатории наноуглеродных материалов МФТИ, стажер-исследователь и аспирант МИЭМ ВШЭ. - Важно, что вероятность туннелирования пропорциональна плотности состояний в исследуемом объекте. Благодаря этому свойству туннельный контакт позволяет сканировать распределение электронов по энергии в трубке".

Исследователи сделали серию образцов, каждый из которых представлял собой одиночную углеродную нанотрубку с двумя парами омических и двумя парами туннельных контактов. Ученые сначала вырастили на кремниевой подложке трубку, а затем присоединили к ней туннельные и омические контакты. В ходе эксперимента при температуре жидкого гелия между туннельным и омическим контактом прикладывали напряжение и измеряли электрический ток, который протекал через систему. Зависимость тока от напряжения позволила получить спектр электронов в углеродной нанотрубке и узнать ширину запрещенной зоны.

"Предложенный в работе метод позволяет не только получить информацию о зонной структуре углеродной нанотрубки, но и выяснить, как она меняется под влиянием внешних воздействий, - говорит соавтор исследования Георгий Федоров, заместитель заведующего лабораторией наноуглеродных материалов МФТИ. - В частности, в данной работе мы при помощи туннельного контакта напрямую наблюдали снятие долинного вырождения в магнитном поле. Этот давно предсказанный эффект, проявляющийся в энергетическом расщеплении максимумов плотности состояний, мы впервые продемонстрировали в случае индивидуальной нанотрубки".

Образцы были изготовлены сотрудниками лаборатории наноуглеродных материалов МФТИ на базе ЦКП МФТИ. Экспериментальная часть выполнена в проблемной радиофизической лаборатории Московского педагогического государственного университета и в ЦКП ФИАН "Исследования сильно коррелированных систем".

Работа выполнена при поддержке РФФИ, РНФ и Министерства науки и высшего образования РФ. Результаты работы были представлены в журнале Applied Physics Letters.

Информация и фото предоставлены пресс-службой НИУ ВШЭ

Права на данный материал принадлежат RusNanoNet.ru
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Страны
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 03.04 13:27
  • 8309
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 03.04 11:09
  • 14
Тегеран подготовил ракеты для потенциального ответа США - СМИ
  • 03.04 06:05
  • 0
Ответ на "ВКС России получили новые истребители Су-35, но в дальнейшем рост экспорта может сократить внутренние закупки (Military Watch Magazine, США)"
  • 03.04 05:29
  • 0
Ответ на "NI: российский комплекс ПВО С-500 обеспечит России преимущество в СВО"
  • 03.04 05:10
  • 20
Российские системы ПВО: первый опыт реального боевого применения
  • 03.04 04:42
  • 0
Ответ на "Нарышкин: РФ за время СВО улучшила характеристики востребованных вооружений"
  • 03.04 01:09
  • 1
Ростех создал уникальный пресс для гибки деталей фюзеляжа самолета
  • 03.04 00:16
  • 1
Нарышкин: РФ за время СВО улучшила характеристики востребованных вооружений
  • 02.04 21:46
  • 0
Ответ на "США проигрывают в борьбе за передел мира (Bloomberg, США)"
  • 02.04 17:57
  • 1467
Корпорация "Иркут" до конца 2018 года поставит ВКС РФ более 30 истребителей Су-30СМ
  • 02.04 17:35
  • 0
Польские стенания об оружии. Часть 1
  • 02.04 17:33
  • 0
Тонкая грань мира
  • 02.04 14:41
  • 2
На верфи HII спущен на воду эсминец DDG-129 "Иеремия Дентон" класса "Арли Берк"
  • 02.04 13:59
  • 38
Командующий ВВС США в Европе о роли авиации в боевых действиях на Украине
  • 02.04 13:40
  • 33
Российский завод начал в три смены выпускать трехтонные супербомбы. На что они способны?