بخشی از مقاله
چکیده
یکی از ویژگی های گرافن، انتقال حامل ها و حساسیت بالا در سطح ملکولی بوده که به عنوان یک ماده مهم در نانو الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد. اخیرا نانو ریبون های گرافن GNRs به دلیل ویژگی های الکتریکی منحصر به فردی مانندمقاومت مکانیکی بالا، تحریک حامل بالا و رسانایی گرمایی بالا مورد توجه قرار گرفته است . نانو ریبون های گرافن GNRs از صفحات گرافن ساخته شده اند که دارای نوارهای ریبان شکل و شامل ویژگی های الکتریکی خاصی است، که می تواند بر طبق لبه هایشان هایشان از لحاظ شکل دسته بندی شوند. ما در این مقاله در مورد ضریب عبور تحقیق می کنیم. همچنین در این مقاله ، جریان کوانتمی را در حالت های تبهگن و ناتبهگن برای GNRs بدست آورده، سپس تاثیر عمق و نمودار جریان کوانتمی را بر حسب ×ولتاژ در این دسته مورد نمایش و بررسی قرار می دهیم.
واژه های کلیدی: نانو ریبون های گرافن، ضریب عبور، جریان کوانتمی، ترانزیستور، تبهگن و ناتبهگن
.1 مقدمه
گرافن به عنوان یک ماده کربن دو بعدی، پتانسیل فوق العاده ای برای ساخت بایوسنسورها و تجزیه الکتروشیمیایی ازخود نشان می دهد. در سال های اخیر، بهبود بایو سنسورها بر اساس عملکرد گرافن و خواص منحصر به فرد آن، مانند نسبت بزرگ سطح به حجم، رسانایی بالا، انرژی دینامیکی الکترون ها با ضخامت اتمی، تحرک الکترون در دمای اتاق و انعطاف پذیری، گزارش شده اند. به جهت نیاز به سنسورهایی با دقت بالاتر، زمان پاسخ سریعتر و حساسیت بیشتر، ارتقاء تکنولوژی ساخت سنسورها مبتنی بر گرافن بسیارحائزاهمیت می باشد.[2,1] به عبارت دیگر گرافن از نوارهای بسیار نازک از تک لایه های گرافیت، که ضخامت آن به اندازه یک اتم است و دارای ویژگیهای منحصر به فردی می باشد تشکیل شده است. اگر گرافیت را یک دفترچه از صفحات موازی در نظر بگیریم، به هر ورق آن گرافن گفته می شود.[4,3]
در گرافن، اتمهای کربن به صورتی در کنار هم قرار میگیرند که شبکهای از شش ضلعیهای منتظم را ایجاد میکنند که این بهترین حالت یک صفحهی گرافن است. زیرا برخی مواقع، شکل این صفحه تغییر میکند به گونهای که در آن پنجضلعیها و هفتضلعیهایی نیز ایجاد میشود .[5,3,2] گرافیت یکی از فرمهای دیگر از عنصر کربن می باشد که اتمهای آن به صورت دو بعدی و کندو مانند به هم متصل شدهاند و دارای کاربردها و خصوصیات فوق العاده جالبی می باشد که از توزیع یکسان انرژی در آن ناشی می شود[8,7,6] .گرافن، تحرک حامل زیاد و دانسیته حامل صفر نزدیک نقطه دیراک را از خود نشان می دهد.[10,9] ویژگی های مناسب زیادی مانند الکترودهای شفاف، رسانایی زیاد، انعطاف مکانیکی، هزینه کم تولید، مساحت سطحی زیاد، ذخیره انرژی در باتری ها، قطعات کاتالیزوری، خازن ها و قطعات ذخیره هیدروژن باعث شده که گرافن برای تکنولوژی امروزه [12,11,8,1] مناسب باشد.
نکته جالب این است که GNR را می توان به دو اصطلاح متفاوت بر اساس آرایش اتمی حاشیه ای - لبه ای - موسوم به آرمچیر یا زیگزاگ طبقه بندی کرد. با این حال هر دوی GNR ، خواص نیمه رسانایی را نشان می دهند که در آن فاصله باند متناسب با پهنای ریبون کاهش یا افزایش می یابد. GNR زمانی به صورت فلزی است که m 3 p 2 باشد و زمانی نیمه هادی است که m 3 p و m 3 p 1 باشد.[14] پهنای ریبون برای هر دو حالت ZGNR و AGNR با تعداد خطوط N که در شکل - 1 - نشان داده شده است تعیین می شود. اگرچه پیوند ها در حالت حاشیه GNR منجر به حالت الکترونیک فرمی می شود، این بر رفتار انتقال حامل ها در GNR از حیث پراکنش تاثیر دارد. [15,16,17]
.2 جریان کوانتمی درنانو نوارهای گرافنی GNRs
گاف انرژی برای نانونوارهای گرافنی با لبه دسته صندلی حدوداً 0.2 الکترون - ولت می باشد. با کاهش عرض نوار گرافنی، گاف انرژی آن افزایش پیدا میکند. در شکل - 2 - دو قسمت از ساختار گرافنی فلزی با گاف انرژی E1g ، که بوسیله یک نانو نوار باریک نیمه رسانا با گاف انرژی E2 g ، بهم وصل شده اند نشان داده شده است. برای محاسبه ضریب عبور، از سد پتانسیل تشکیل شده از گاف انرژی نیمه رسانا در نانو نوار گرافنی با پهنای محدود شده و گاف انرژی 0.2 الکترون - ولت استفاده میشود. الکترونهایی که با انرژی E به سد پتانسیل می رسند، می توانند با استفاده از پدیده تونل زنی در پشت سد پتانسیل ظاهر شوند.
