مقاله جفت شدگی نانولوله های کربنی با اتصالات فلزی

بخشی از مقاله

چکیده

اتصال فلز با نانولوله هاي کربنی از نقطه نظر تجربی و تئوري می تواند بسیار حائز اهمیت باشد. در این مقاله، مدل سازي اتصال فلز با نانولوله هاي کربنی مورد بررسی قرار می گیرد. ضریب عبور الکترون از فلز - در تقریب الکترون آزاد - به نانولوله هاي کربنی که در تماس جانبی با آن قرار دارد، محاسبه می شود. اثر کایرالیتی نانولوله بر جفت شدگی الکتریکی آن با فلز مورد بحث قرار می گیرد.

مقدمه :

نانو لوله هاي کربنی مواد پیچیده اي هستند که از اتمهاي    چنانچه m=n باشد لوله هاي آرم چیر، و n=0 لوله هاي زیگزاگ کربن با آرایش استوانه اي و شبکه شش گوشی تشکیل می شوند.  خواهیم داشت. نانولوله ها بسته به بردار کایرالیتی خود می توانند امروزه این دسته از مواد هم به لحاظ تئوري و هم تجربی    رفتاري شبیه فلزات و یا نیمه هادیها داشته باشند. توجهات بسیاري را به خود معطوف داشته است.    یکی از موضوعات مهم نانولوله هاي کربنی جهت به کارگیري این ساختارها از طریق لوله شدن صفحات گرافن شکل می گیرند    آنها در فناوري نانوالکترونیک، جفت شدگی یا اتصال آنها با فلز و بسته به نوع لوله شدن، به دو دسته کایرال و غیر کایرال    است. این اتصال را می توان در انتها یا در سطح جانبی نانولوله طبقه بندي می شوند. کایرالیتی یک نانولوله مهمترین مشخصه در    ایجاد کرد. بررسی ها نشان می دهد که جفت شدگی این اتصال در تعیین ویژگیهاي الکتریکی آن به شمار می رود .[1] کایرالیتی    سطح جانبی فلز ضعیف است. توسط بردار کایرال به صورت c  ma1  ma2 تعریف می شود    هدف از این مقاله، بررسی اتصال جانبی فلز با نانو لوله کربنی که a1  و a2  بردارهاي واحد و m و n اعداد صحیح می باشند.    است . با به کارگیري روشی مبتنی بر محاسبات تابع گرین، به بررسی و مطالعه ضریب عبور الکترونها در نانولوله هاي نوع زیگزاگ و آرم چیر می پردازیم.

روش محاسبه :

فلز را در تقریب الکترون آزاد با سطح مقطع چهارگوش در صفحه - x,z - و به ابعاد Lx   و Lz  مطابق شکل - 1 - در تماس جانبی با نانولوله درنظر می گیریم. این فلز که در جهت y طول نامحدود دارد، فقط در یک خط افقی از نانولوله به طول D با آن در تماس است .[2]  در اینجا m0  جرم الکترون آزاد و k بردار موج است. براي نانولوله، صفر انرژي در مرکز نوار قرار دارد. درحالیکه براي یک فلز در تقریب الکترون آزاد، صفر انرژي در لبه نوار واقع است. باتوجه به اینکه در محاسبات تنها یک صفر انرژي باید وجود داشته باشد، لذا فرض می کنیم انرژي فرمی در مرکز نوار نانولوله واقع است. به همین دلیل از تبدیل f2    k    2m0 E    k 2 →     استفاده می کنیم. در اینجا k f بردار موج فرمی فلز است. براي محاسبه تابع گرین سطحی الکترود چپ و راست، gL و gR ، به روش ارائه شده در مرجع [ 5] عمل می کنیم. بنابراین با داشتن تابع گرین ناحیهD نانولوله همراه با اتصالات مربوطه ، می توان ضریب عبور الکترون را از فلز به نانولوله که معیاري از جفت شدگی آنها می باشد به صورت زیر به دست آورد :

نتایج :

نتایج را براي وابستگی ویژگیهاي الکتریکی نانولوله به کایرالیتی براي نانولوله هاي آرم چیر و زیگزاگ نشان می دهیم. ابتدا وابستگی مقدار آستانه بردار موج فرمی فلز به کایرالیتی را بررسی می کنیم. همانطوریکه در شکل 2 - a - نشان داده شده است، براي یک لوله آرم چیر، چنانچه بردار موج فرمی فلز کمتر از مقدار آستانه 3a0  باشد، جفت شدگی فلز با نانولوله بسیار کم است و با افزایش طول تماس نیز تغییر بارزي در جفت شدگی ایجاد نمی شود. اما با افزایش بردار موج فرمی فلز ضریب عبور الکترونها با افزوده شدن طول تماس، افزایش می یابد.
از سوي دیگر نانولوله هاي زیگزاگ ساختار نواري متفاوتی دارند، به طوري که الکترونها از یک فلز با هر k f می توانند وارد نانولوله شوند - شکل . - 2 - b - به عبارتی محدودیتی که براي بردار موج الکترونها جهت عبور از فلز به نانولوله هاي آرم چیر داشتیم، در اینجا وجود ندارد و حتی براي مقادیر کوچکتر از مقدار آستانه k f  لوله آرم چیر - 0.4A0−1 - با زیاد شدن طول تماس، افزایش می یابد. اینک به بررسی ارتباط ضریب عبور الکترونها از فلز به نانولوله برحسب قطر لوله می پردازیم. در حد قطرهاي بزرگ، نانولوله