Глава 2. Проводимость двустеночной углеродной нанотрубки




 

Как было показано в [3], в упрощенной модели одностеночной трубки, представляющей собой линейную цепочку атомов, сила протекающего через нее тока определяется выражением:

 

, (2.1)

 

где U - напряжение, приложенное к концам трубки, L – ее длина, τ – время релаксации электронов, n – их концентрация. После простых преобразований получим:

 

(2.2)


Так как мы рассматриваем идеальную систему, то рассеяние электронов при движении может происходить только на контактах. Тогда время релаксации электронов можно определить так:

 

(2.3)

 

Тогда формула приобретет простой вид:

 

(2.4)

 

Видно, что электрическое сопротивление одностеночной нанотрубки обладает уникальным свойством – оно не зависит от геометрических размеров и определяется величиной - квантом сопротивления (формула Ландауэра [4], [5]). Такое сопротивление называется баллистическим.

Рассмотрим теперь проводимость двустеночной нанотрубки.

В предыдущей главе было показано, что гамильтониан системы из двух линейных регулярных цепочек атомов с учетом их взаимодействия имеет вид:

 

(2.5)

 

Собственными волновыми функциями такого гамильтониана будут функции:


, (2.6)

 

Волновую функцию электрона, влетающего в первую цепочку, представим в виде линейной комбинации этих волновых функций:

 

(2.7)

 

Рассмотрим теперь эволюцию этой волновой функции во времени. По правилам квантовой механики, получим:

 

, (2.8)

 

где под Δ для удобства обозначено |Γ kp |.

Учитывая ортогональность функций Ψ1 и Ψ2, которые для электронов имеют вид блоховских функций, следуя [6], получим для средней скорости первого электрона на уровне Ферми:

 

(2.9)

 

или, с учетом того, что


(2.10)

 

То есть, скорость электрона на уровне Ферми является суперпозицией двух слагаемых, в которых присутствуют скорости на уровне Ферми для первой изолированной цепочки и для второй. Аналогично, для второй цепочки:

 

(2.11)

 

Рассмотрим два граничных случая, когда и .

В первом случае усреднением заменяем и на 1/2:

 

(2.12)

 

Во втором случае , :

 

(2.13)

(2.14)

 

Сразу видно, что во втором случае в выражении для времени релаксации электронов не будет никаких изменений, не изменится вид формулы (2.2), а значит, и формула Ландауэра не изменится.

Рассмотрим подробнее первый случай. Проводимость системы из двух параллельных одностеночных трубок определяется выражением:

 

(2.15)

 

Проводимость двустеночной трубки:

 

(2.16)

 

Видно, что и в этом случае формула Ландауэра остается справедливой.

 


Выводы

 

Целью данной работы было исследование электронного спектра и проводимости в двустеночных нанотрубках. С помощью упрощенной модели, представляющей собой две параллельные регулярные цепочки атомов, было показано, что в таких нанотрубках происходит перекрытие зон, что приводит к изменению положения уровня Ферми, а также его расщеплению. Величина этого расщепления была определена численно в программе, листинг которой приведен в приложении. При реалистичных значениях параметров расщепление оказалось достаточно малым, порядка 10-5 эВ. При этом изменяется и скорость электронов на уровне Ферми. Очевидно, что в такой идеальной системе рассеивание электронов должно происходить на контактах, поэтому время релаксации будет зависеть только от средней скорости движения электронов. Было проанализировано выражение для средней скорости движения электронов и показано, что в предельных случаях высоких и низких частот в двустеночных системах формула Ландауэра остается справедливой.




Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-06-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: