مقاومت مغناطیسی و برهمکنش الکترونی نانو لوله های کربنی

مقاومت مغناطیسی و برهمکنش الکترونی نانو لوله های کربنی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه برق – الکترونیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

مقاومت مغناطیسی و بر همکنش های الکترونی در نانو لوله های کربنی تک جداره

بر همکنش های الکترون – الکترون در نانو لوله های کربنی تک جداره (SWNT ها) مهم می باشند که علت آن پراکندگی الکترونیکی تک بعدی (۱D) می باشد. با تشریح الکترون های رسانایی در یک SWNT کامل به عنوان یک سیال لوتینگر (Luttinger) قابلیت تشریح وابستگی انرژی قانون توانی نرخ های تونل زنی در تعدادی از آزمایشات حمل و نقل بر روی نانو لوله ها حاصل می شود. با این وجود، SWNT های حقیقی شامل اختلالات و فوتون ها بوده، و از نقطه نظر تئوریکی اطلاعات اندکی در خصوص سیستم های ۱D بی نظم با تعاملات برهمکنش های آنها وجود دارد. یک ویژگی مهم تشریح شده آن است که برخلاف مورد موجود در یک سیستم ۱D ایده آل، باندهای الترونیک با استفاده از یک میدان مغناطیسی اعمال شده B اصلاح می شوند [۱]. این بدان معنا خواهد بود که SWNT ها قابلیت مشخص نمودن حساسیت میدان مغناطیس حتی در دماهای بسیار بالاتر از انرژی زیمان (Zeeman) را خواهد داشت. مقاومت مغناطیسی حاصله (گوناگونی مقاومت خطی با B) را می توان از نظر اصولی جهت بررسی خواص مهم و ناشناخته کنونی نظیر طول میرایی فاز مورد استفاده قرار داد. به علاوه، همان گونه که اخیرا نشان داده شده است، برآوردهای حمل و نقل الکتریکی غیر خطی در یک میدان مغناطیسی را می توان از نظر اصولی جهت حصول استحکام برهمکنش الکترون – الکترون و سختی نانو لوله به کار برد [۲، ۳، ۴].

با توجه به این ملاحظات ما اقدام به بررسی حمل/ انتقال دو ترمیناله از طریق SWNT ها در یک میدان مغناطیسی موازی با محور لوله نمودیم [۵]. در این هندسه میدان عمل کننده بر روی این باندها به سادگی در امتداد یک تغییر فاز Aharonov-Bohm خواهد بود. مقاومت نانو لوله های ما تحت وضعیت اختلال بالک، با یک پس پراکندگی ۱_b در محدوده ۱۵۰ نانومتر الی ۱ میکرومتر، بسیار کمتر از جداسازی تماسی طلا  L = 4 μm می باشد.

شکل ۱٫ میدان مغناطیسی و وابستگی دمایی ضرایب حمل و نقل دو ترمیناله در ابزاره نانولوله نیمه رسانا (الف) رسانایی خطی G برحسب Onsager در B متقارن است، اما (ب) در ضریب غیرخطی x مرتبط با V²B این مورد صحت ندارد.

در ابتدا، ما مقاومت مغناطیسی سهموی در دمای اتاق در ارتباط با یک رژیم فلزی که ممکن است به صورت  مثبت یا منفی باشد، نوعا در مرتبه با بزرگی ۵ درصد در ۱۶T با تنها وابستگی ضعیف به ولتاژ گیت، را مشخص ساختیم. یک مثال در شکل ۱ الف نشان داده شده است. مقاومت مغناطیسی منفی بزرگ نیز قبلا در نزدیکی رسانایی حداقل در نانولوله های تمیز با گپ – کوچک در ۱۰۰K  مشخص شده است [۶] که می توان آن را با استفاده از باند گپ کاهشی تشریح نمود. با این وجود، یک مکانیزم جدید ممکن است جهت به حساب آوردن مقاومت مغناطیسی در رژیم فلزی مورد نیاز باشد، که به طور احتمالی به حساب آورنده برهمکنش های مرتبط نیز خواهد بود.

مقاومت مغناطیسی و برهمکنش الکترونی نانو لوله های کربنی

دوما، ما دریافتیم که در دماهای پایین رسانایی خطی G به صورت متقارن در B باقی می مانند، همان گونه که چنین موردی می بایست بر حسب تقارن Onsager حاکم باشد [۷]، اما این به عنوان تابع B یا ولتاژ گیت دارای نوسان خواهد بود و نشان دهنده یک افت مداوم در B = 0 است. رفتار مشابه نیز اخیرا برای SWNT ها با اختلال ضعیف در میدان مغناطیسی عمودی مشاهده شده است [۸]. نتایج یادآور اثرات تداخل کوآنتومی تک – ذره و موضع یابی محلی ضعیف می باشد. در عمل، مقاومت مغناطیسی درSWNT به واسطه اثرات تداخلی با پراکندگی تنها در سطح تماس ها نشان داده شده است [۹]. با این حال، این رژیم بی نظم و مختل به نظر قبلا به صورت تئوریکی مدنظر قرار نگرفته است. لازم است تا براین مبنا این حقیقت را مدنظر قرار داد که یک سیستم تمیز به عنوان یک سیال Lut و نه سیال فرمی به شمار خواهد آمد، و بنابراین لازم است اقدام به تفسیر رفتار در ناحیه کثیف (رسانایی بسیار کمتر از محدوده بالستیک ) شود آن هم با توجه بدانکه توجیه شبه ذرات فرمیونیک همدوس سخت می باشد.

در نهایت، ما نسبت برآورد ضریب درجه دوم  با توجه به مشخصه ولتاژ- جریان غیر خطی  اقدام نمودیم. ما در کلیه این سه ابزار مطالعاتی دریافتیم که  به صورت نامتقارن در B می باشد که در تضاد با تقارن Onsager وابسته به G است. چنین موردی در داده های عرضه شده در شکل ۱ ب مشهود است. جزء نامتقارن – B  تنها ممکن است در نتیجه بر همکنش های الکترون- الکترون وجود داشته باشد [۲-۴]. در صورتی که اقدام به گسترش  شود، ضریب  α به صورت نسبی با میزان استحکام این برهمکنش ها در نمونه بوده و بنابراین می توان از آن جهت استنباط  پارامتر برهمکنش استفاده کرد. چنین موردی فراهم آورنده یک انگیزه قدرتمند برای برآورد  α در این زمینه و دیگر سیستم ها می باشد. مقادیر غیر صفر  α که ما آنها را یافته ایم خود شواهدی قدرتمند را ارائه می نمایند که این برهمکنش ها، هم در دماهای بالا و هم در دماهای پایین، در ارتباط با حمل و نقل نانو لوله هستند. ما عقیده داریم که این اولین باری می باشد که ضریب  α با جزئیات کامل آن مورد بررسی قرار گرفته است، با این حال برآوردهای اولیه نیز قبلا انجام شده اند [۱۰]. در تعامل با انتظارات تئوریکی کیفی،  ما  در  می یابیم که در دماهای بالا  α کوچک بوده و  دارای  یک  علامت  ثابت  مستقل  از  ولتاژ  گیت می باشد. توجه داشته باشید که در این رژیم، علامت  α را می توان از نقطه نظر اصولی جهت برآورد سختی نانو لوله به کار گرفت. در دماهای پایین  α توسعه دهنده نوسانات مزوسکوپی با قابلیت تولید مجدد می باشد. البته تاکنون هیچ گونه محاسبات α در ارتباط با ۱D، که بر مبنای آن ما قابلیت مقایسه کمی این برآورد ها را داشته باشیم، وجود نداشته است.

مقاومت مغناطیسی و برهمکنش الکترونی نانو لوله های کربنی