Войти

Туннельный контакт помог изучить электронную структуру углеродных нанотрубок

1908
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
  • 07.09 06:13
  • 10423
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 06.09 20:06
  • 45
МС-21 готовится к первому полету
  • 06.09 17:15
  • 35
ChatGPT-4 и нейросети (ИИ) спешат на помощь ГШ ВС РФ и Российской армии
  • 06.09 16:27
  • 63
Гендиректор ОАК Слюсарь: испытания SSJ New с российскими двигателями начнутся осенью - Интервью ТАСС
  • 06.09 14:52
  • 171
Путин и отношения с Азербайджаном: фокус на Южном Кавказе (Al Mayadeen, Ливан)
  • 06.09 08:25
  • 1
Об опыте СВО применительно к тактической авиации и ПВО
  • 06.09 03:05
  • 0
Об опыте применительно к СВО
  • 05.09 21:23
  • 0
Об опыте СВО применительно к бронетехнике. В первую очередь - к танкам.
  • 05.09 06:47
  • 0
Комментарий к "На фоне взятого Китаем курса на новый миропорядок сравним военную мощь НАТО с силами Пекина, Москвы и Пхеньяна (Daily Mail, Великобритания)"
  • 05.09 01:43
  • 0
Комментарий к "В России восхитились созданной с учетом опыта СВО китайской «Арматой»"
  • 05.09 01:11
  • 0
Комментарий к "Генерал США пригрозил России, Китаю и КНДР «выламыванием дверей»"
  • 05.09 00:14
  • 0
Комментарий к "Эксперт Степанов: показанная в КНР МБР "Восточный ветер" стала маркером перемен"
  • 04.09 22:13
  • 0
Комментарий к "Разбираем российскую стратегию Трампа (The National Interest, США)"
  • 04.09 20:29
  • 0
Комментарий к "Ультранацисты против мира: «Азов»* захватил власть на Украине"
  • 04.09 15:46
  • 16
Терпение Мишустина лопнуло? Авиапрому прислали доктора – Германа Грефа