Сколько провода

У мезоскопической физики квантовая проволока представляет собой электрически проводящий провод , в котором квантовые эффекты влияют на транспортные свойства. Обычно такие эффекты появляются в измерении нанометров, поэтому они также называются нанопроволоками .

Квантовые эффекты

Если диаметр провода достаточно мал, электроны будут испытывать квантовое удержание в поперечном направлении. В результате их поперечная энергия будет ограничена ряд дискретных значений. Одним из последствий этого квантования является то, что классическая формула для расчета электрического сопротивления провода,

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

не действителен для квантовых проводов (где $\rho$ материала это удельное сопротивление , $l$ Длина, и $A$ это площадь поперечного сечения провода).

Вместо этого необходимо выполнить точный расчет поперечных энергий ограниченных электронов для расчета сопротивления провода. После квантования энергии электронов электрическая проводимость (обратная резист $2e^{2}/h$ , где $e$ Электронный заряд и $h$ это постоянная Планка . Фактор двух возникает из -за дегенерации вращения . Один баллистический квантовый канал (т.е. без внутреннего рассеяния) имеет проводимость, равную этому кванту проводимости . Проводимость ниже этого значения в присутствии внутреннего рассеяния. ^{[ 1 ]}

Важность квантования обратно пропорциональна диаметру нанопроволоки для данного материала. От материала до материала он зависит от электронных свойств, особенно от эффективной массы электронов. Физически это означает, что это будет зависеть от того, как электроны проводимости взаимодействуют с атомами в данном материале. На практике полупроводники могут демонстрировать четкое квантование проводимости для больших поперечных измерений проволоки (~ 100 нм), потому что электронные моды, вызванные ограничением, пространственно расширяются. В результате их длина волн Ферми велики, и поэтому они имеют низкое разделение энергии. Это означает, что они могут быть разрешены только при криогенных температурах (в пределах нескольких градусов абсолютного нуля ), где тепловая энергия ниже, чем межмодовое разделение энергии.

Для металлов квантование , соответствующее самым низким энергетическим состояниям , наблюдается только для атомных проводов. Таким образом, их соответствующая длина волны является чрезвычайно малой, они имеют очень большое разделение энергии, что делает квантование сопротивления, наблюдаемым даже при комнатной температуре.

Углеродные нанотрубки

Углеродный нанотрубка является примером квантовой проволоки. Металлический одностенный углеродный нанотрубка, которая достаточно коротка, чтобы не проявлять внутреннего рассеяния ( баллистический транспорт ), имеет проводимость, которая в два раза приближается к квантору проводимости , $2e^{2}/h$ Полем Фактор двух возникает, потому что углеродные нанотрубки имеют два пространственных канала. ^{[ 2 ]}

Структура нанотрубки сильно влияет на его электрические свойства. Для заданного ( n , m ) нанотрубки, если n = m , нанотрубка является металлическим; Если n - m кратно 3 из 3, то нанотрубка полупроводнится с очень маленькой полосой, в противном случае нанотрубка - умеренный полупроводник . Таким образом, все нанотрубки кресла ( n = M ) являются металлическими, а нанотрубки (6,4), (9,1) и т. Д. - полупроводники. ^{[ 3 ]}

Смотрите также

Ссылки

^ S. Datta, Электронный транспорт в мезоскопических системах , Cambridge University Press, 1995, ISBN 0-521-5999443-1 .
^ Dresselhaus, MS ; Dresselhaus, G.; Avouris, Ph. (2001). Углеродные нанотрубки: синтез, структура, свойства и приложения . Спрингер. ISBN 3-540-41086-4 .
^ Lu, x.; Чен, З. (2005). «Изогнутая пин-конъюгация, ароматичность и связанная химия мелких фуллеренов (C ₆₀ ) и одностенных углеродных нанотрубок». Химические обзоры . 105 (10): 3643–3696. doi : 10.1021/cr030093d . PMID 16218563 .

[1] S. Datta, Электронный транспорт в мезоскопических системах , Cambridge University Press, 1995, ISBN 0-521-5999443-1 .

[2] Dresselhaus, MS ; Dresselhaus, G.; Avouris, Ph. (2001). Углеродные нанотрубки: синтез, структура, свойства и приложения . Спрингер. ISBN 3-540-41086-4 .

[Curvature-3] Lu, x.; Чен, З. (2005). «Изогнутая пин-конъюгация, ароматичность и связанная химия мелких фуллеренов (C ₆₀ ) и одностенных углеродных нанотрубок». Химические обзоры . 105 (10): 3643–3696. doi : 10.1021/cr030093d . PMID 16218563 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]