بخشی از مقاله
چکیده
توان گرمایی، هنر دستیابی به اختلاف ولتاژ از اختلاف دمایی در یک نانوساختار، میتواند در قطعات الکترونی و ترموالکتریکی کاربرد داشته باشد. بنابراین بررسی توان گرمایی نانوساختارها موضوع مهمی در علوم روز است. نانوساختارهاي دوبعدي ویژگیهاي وسوسه انگیزي براي مطالعه دارند. در اینجا، توان گرمایی نانونوار گرافین با ساختارهاي دوبعدي بورن-نیترید مقایسه میشود. همچنین، تاثیر آرایش لبههاي ساختار بر توان گرمایی آن تحقیق میشود. براي محاسبهي توان گرمایی، از فرمول بندي تابع گرین استفاده میشود.
مقدمه
گرافین به عنوان اولین ساختار پایدار دوبعدي، مورد استقبال محققان زیادي قرار گرفته است .[2,1] ویژگیهاي منحصر به فرد گرافین، مانند رسانندگی الکتریکی بالا، منجر به گسترش کاربرد آن در حوزهي نانوالکترونیک شده اساختارهايت.ازطرفی تولید دوبعدي جدید مانند بورن- نیترید [3] یا بوروفن [4]، محققان را به بررسی این موضوع واداشته است که آیا نمونههاي دوبعدي جدید میتوانند گوي سبقت را از گرافین بربایند یا خیر. در سالهاي اخیر تحقیق بر روي ویژگیهاي ترموالکتریکی نانوساختارها بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
از این رو گرافین و نانوساختارهاي مبتنی بر گرافین نیز از این توجه بی بهره نبودهاند 5]و.[6 از توان گرمایی یا ضریب سیبک، میتوان به عنوان مهمترین کمیت در بین خصوصیات ترموالکتریکی یک ساختار یاد کرد. توان گرمایی، اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد شده در یک ساختار بر اثر اعمال گرادیان دمایی در آن میباشد. مطابق رابطهي موت [7] توان گرمایی ساختارهاي نیمه رسانا به مقدار قابل توجهی بیشتر از ساختارهاي با ویژگی فلزي است. بنابراین گرافین با گاف نواري صفر، توان گرمایی قابل توجهی ندارد.
اما ترابرد الکترونها در نانونوارهاي گرافین با تغییر طول و آرایش اتمهاي لبهي نوار قابل کنترل میباشد، این ویژگی دستیابی به ساختاري با گاف نواري را ممکن میسازد. بنابراین توان گرمایی نانونوارهاي گرافین قابل مقایسه با گرافین است و حتی میتوان نانونوارگرافین نیمهرسانا را به عنوان یک قطعهي ترموالکتریکخوب در نظر گرفت. نانونوارهاي بورن-نیتریدذاتاً عایق هستند و ترابرد الکترونی در آنها با یک گاف بزرگتوان همراه است.
در اینجا گرمایی نانونوارگرافین و ساختاري مشابه، نانونوار بورن-نیترید، مورد ارزیابی قرار میگیرد. اثر آرایش اتمها در لبههاي این ساختار بررسی میشود. ترابرد الکترونها با روش تابع گرین مورد محاسبه قرار میگیرد، سپس با استفاده از فرمول لاندائو در رژیم پاسخ خطی، توان گرمایی ساختارها محاسبه میگردد. در ادامه روش کار و فرمولبندي مورد استفاده در محاسبات شرح داده می شود و پس از آن، نتایج حاصل از محاسبات ارائه و مورد ارزیابی قرار میگیرد. در نهایت، نتیجهي کار بیان میشود.
تئوري
نانونوار گرافین متشکل از اتمهاي کربن است که در آرایش شش گوشی قرار گرفتهاند. نانونوار بورن-نیترید نیز ساختار هندسی مشابه دارد با این تفاوت که در آن، اتمهاي بورن و نیتروژن در آرایش شش گوشی به صورت یک در میان قرار دارند. براي استفاده از فرمول- بندي تابع گرین نانونوار را به سه قسمت تقسیم میکنیم. بخش مرکزي یا ناحیهي کانال، از دو طرف به دو نانونوار نیمه بینهایت متصل است که آنها را الکترود چپ و راست مینامیم.
نتایج
با محاسبهي توان گرمایی اطلاعات ارزشمندي از ساختار سیستم به دست میآید. تغییر علامت توان گرمایی نشان میدهد که نوع حاملهاي بار تغییر کرده است. شکل - 1 - نمودار توان گرمایی نانونوار گرافین بر حسب پتانسیل شیمیایی ساختار را نشان میدهد. مطابق شکل - 2 - نانونوار گرافین با لبهي زیگزاگ هیچ گاف نواري در ساختار باند ندارد، بنابراین رفتار فلزگونه از خود بروز میدهد. لذا توان گرمایی آن در مقایسه با نانونوار گرافین آرمچیر با عرضNw=5 بسیار اندك است. این ساختار نیمهرسانا است و مطابق شکل - 2 - در ساختار نواري آن گافی حدود یک الکترون ولت وجود دارد. تغییر عرض نانونوار گرافین با لبهي آرمچیر میتواند منجر به تغییر نحوهي ترابرد بار در آن گردد.
همانطور که از شکل - 2 - پیداست، وقتی عرض آن Nw=7 باشد، نمودار ساختار باند گاف نواري ندارد و در نتیجه رفتار فلزگونهي آن باعث میشود الکترونها و حفرهها هر دو به صورت همزمان در ترابرد شرکت کنند. از این رو اختلاف پتانسیلی در سیستم ایجاد نمیشود یا به دلیل سهم نایکسان آنها در ترابرد، در برخی پتانسیلهاي شیمیایی، اختلاف پتانسیل ایجاد شده مقدار بسیار اندکی خواهد داشت. در ساختار نیمهرسانا، الکترونها و حفرهها به صورت مجزا در ترابرد شرکت میکنند. چنانچه پتانسیل شیمیایی الکترود کمتر از مقدار بالاترین تراز ظرفیت باشد الکترون و چنانچه بیشتر از آن باشد، حفره حامل بار خواهد بود.
