Campos Dependientes Del Tiempo para una Nueva Raza de Nanodevices Carbón-Basado

por el contrario E.F. Foa Torres

El Dr. Luis E.F. Foa Torres
Instituto de Física Enrique Gaviola (FaMAF - CONICET), Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, la Argentina.
Autor Correspondiente: lfoa@famaf.unc.edu.ar

Introducción

1r Mayo de 1893 debe haber sido un día amargo para Thomas Edison. Ese día, la Exposición de Mundo de Chicago, una de las exposiciones internacionales más grandes nunca, fue abierto oficialmente en el público. La acción ofreció una área extensa de piezas de convicción eléctricas movidas por motor por las corrientes alternas (ac) proporcionadas por los competidores de Edison. La tentativa de última hora de Edison de prevenir el uso de bombillas había fallado y el público podía apreciar las ventajas de corrientes alternas por primera vez. No duró muy hasta que la CA finalmente dominara sobre las fuentes (dc) continuas utilizadas por Edison, de tal modo teniendo en cuenta redes eléctricas más largas, chispeando una revolución que cambió nuestro mundo para siempre.

Sin Embargo, muchos accesorios eléctricos incluyendo los dispositivos electrónicos tenemos hoy corriente continua del uso sobre todo. Algo similar ocurre con los dispositivos investigados en la escala del nanómetro: Con algunas anomalías [1,2], la mayor parte de atención se ha prestado a los nanodevices bajo condiciones de la C.C. Pero algo comenzado para cambiar estos últimos años y una gran cantidad de fenómenos que implicaban el uso de campos dependientes del tiempo, tales como voltajes de la entrada de la CA o laseres, comenzaron a prosperar aquí y allá [3], agregando una nueva dimensión entera de posibilidades. En esta pequeña nota intentaré convencerle de que hay las buenas razones que hacen el uso de campos dependientes del tiempo en el nanoscale atractivo y a veces único. A tal extremo utilizaré algunos ejemplos de mi propia investigación, pero eso introduciré antes algunos hechos sobre nuestros materiales preferidos del nanoscale: nanotubes del carbón [4] y graphene [5].

Las propiedades de estos materiales están en muchos respetos muy similares, graphene que es el primo más joven bidimensional de los nanotubes del carbón. Alinean entre los mejores materiales conductores [4,5,6], calor de la conducta mejor que cualquier otro material en la tierra [7] con una conductividad térmica alrededor de 5x103 W/mK para el graphene (cerca de diez por el del cobre), y muestran la fuerza mecánica excepcional [8] (con una resistencia a ruptura cerca de 200 veces que del acero). Los nanotubes del Carbón por ejemplo, muestran anómalo sensibilidad inferior a la retrodispersión desorden-inducida y son muy robustos a la retrodispersión acústico-fonón-inducida con los caminos libres medios inelásticos por orden del micrómetro [9] en un régimen cuáles extienden hasta voltajes de polarización por orden de las energías ópticas del fonón (aproxime. MeV 200) cuando otros mecanismos entran en el juego que lleva a la saturación actual [10-12]. Las Aplicaciones para la caja de nanotubes colocan de los transistores [13] que se aprovechan de las altas movilidades de electrón (que permitirían que incluso triplicáramos la frecuencia de microprocesadores) a un futuro prometedor mientras que un repuesto económico de energía para el cobre en nanoscale interconecta [14,15].

Con estos materiales carbón-basados en mente, nuestra visión es que los campos de la CA se podrían utilizar para lograr el mando de la reacción eléctrica (corriente y ruido) así como de la disipación de calor, y realiza las funciones útiles que podrían llevar a una nueva raza de dispositivos carbón-basados. En el corazón de esta visión es el hecho que debido a su dimensionalidad reducida y coherencia excepcional de los electrones, estos materiales ofrecen a arena excepcional para sintonizar la interacción entre una estructura electrónica única, los parámetros que impulsan y los procesos inelásticos inducidos por los campos de la CA [16]. En el siguiente, esto será ilustrada con algunos ejemplos de nuestra propia investigación.

Mando de la Conductancia y del Ruido en Resonadores Carbón-Basados

Aplicando una entrada de la CA a un dispositivo del nanoribbon del nanotube o del graphene del carbón, los nuevos parámetros entran en el juego: la frecuencia y la amplitud que impulsan. Sintonizando estos parámetros, hemos mostrado que es posible lograr mando sobre la corriente y sus fluctuaciones [17,18]. “Déme la reacción deseada y le informaré la magnitud de los parámetros que impulsan necesarios obtenerla.” Agregar un campo magnético estático lleva incluso a características más ricas [19].

¿Una Luz en el Horizonte de Graphene? Separaciones de Banda Inducidas Por Láser de Sintonización

A pesar del filete impresionante de perspectivas prometedoras, el graphene tiene un talón de Aquiles: no tiene una banda-separación, una vez que la está conducto no puede ser cambiado-lejos. Esto obstaculiza aplicaciones en dispositivos electrónicos activos donde está crucial la capacidad de cambiarlo por intervalos. En un artículo destacado reciente, señalamos sobre las primeras simulaciones atomísticas de la conducción eléctrica a través de una muestra micrómetro-clasificada del graphene iluminada por un campo del laser [20]. Nuestras simulaciones muestran que un laser en el mediados de-infrarrojo puede abrir una banda-separación observable en este material, de tal modo abriendo las perspectivas prometedoras de dispositivos optoelectrónicos graphene-basados.

Lograr un Voltaje de la Corriente de la C.C. Sin perjuicio con Potenciales Dependientes Del Tiempo

Una corriente continua (dc) requiere generalmente la aplicación de un voltaje de polarización, sin el voltaje de polarización aplicado entre, por ejemplo, ido y los electrodos derechos, ningunos flujos de la corriente. Sin Embargo, en sistemas en el nanoscale una corriente de la C.C. se puede generar incluso en el polarizado cero debido a un efecto coherente del quantum llamado bombeo del quantum [21,22]. Originalmente, fue pensado que el bombeo del quantum requerido por lo menos dos potenciales dependientes del tiempo (tales como voltajes de la entrada de la CA aplicados al dispositivo) solamente [24] estudios teóricos [23] y experimentales más recientes sugiere que sea de hecho posible lograrlo con solamente un campo de la CA también, de tal modo evitando el montón asociado a las entradas adicionales. Además, no teniendo ningún voltaje de polarización aplicado entre los electrodos, una bomba del quantum podía tener mismo disipación de energía baja.

Hasta ahora, las bombas del quantum fueron hechas sobre todo de materiales semiconductores tradicionales. Usando los materiales carbón-basados traería muchas ventajas: una operación más alta de la frecuencia y la posibilidad del tener contactos casi perfectos, dejándonos en un régimen lejos del que está de resonancias aisladas y de conductancia pobre exploradas generalmente. En este campo de mucho interés actual [25,26], de nuestro intento de las contribuciones de traer estos dispositivos más cercano a realidad, en [los 28] regímenes (adiabáticos) de alta frecuencia (no adiabático) [27] y de baja fricción. Además, su interés intrínseco, estos dispositivos podía proveer de una pista en una diversa clase de dispositivos activos la disipación de energía inferior sin precedente.


[1] V.I. Fal'ko y D.E. Khmelnitskii, Sov. Phys. JETP 68, 186 (1989).
[2] H.M. Pastawski, Phys. Rev. B 46, 4053 (1992); A.P. Jauho, N.S. Wingreen, y Y. Meir, Phys. Rev. B 50, 5528 (1994).
[3] Para una revista referimos a S. Kohler, J. Lehmann, y P. Hänggi, Phys. Representante. 406, 379 (2005).
[4] R. Saito, G. Dresselhaus, M.S. Dresselhaus, Propiedades Físicas del Carbón Nanotubes (Prensa Imperial de la Universidad, Londres, 1998)
[5] A.K. Geim y K.S. Novoselov, Nacional. Estera. 6, 183 (2007).
[6] J. - C. Charlier, X. Blase, y S. Roche, Rev. Mod. Phys. 79, 677 (2007).
[7] A.A. Balandin, S. Ghosh, W. Bao, I. Calizo, D. Teweldebrhan, F. Miao, y Chun Ning Lau, Lett Nano. 8, 902 (2008).
[8] C. Lee, X. Wei, J.W. Kysar, J. Hone, Ciencia 321, 385 (2008).
[9] S. Roche, Jie Jiang, L.E.F. Foa Torres y R. Saito, J. Phys.: Condens. Materia 19, 183203 (2007).
[10] A. Javey y otros, Phys. Rev. Lett. 92, 106804 (2004).
[11] L.E.F. Foa Torres y S. Roche, Phys. Rev. Lett. 97, 076804 (2006).
[12] L.E.F. Foa Torres, R. Avriller y S. Roche, Phys. Rev. B 78, 035412 (2008).
[13] A. Bachtold, P. Hadley, T. Nakanishi y C. Dekker, Ciencia 294, 1317 (2001).
[14] H. Li, C. Xu, y K. Banerjee, Diseño de IEEE y Prueba de los Ordenadores 27, 20 (2010).
[15] J.C. Coiffic, M. Fayolle, S. Maitrejean, L.E.F. Foa Torres, y H. Le Poche, Appl. Phys. Lett. 91, 252107 (2007).
[16] L.E.F. Foa Torres y G. Cuniberti, C.R. Physique 10, 297 (2009).
[17] L.E.F. Foa Torres y G. Cuniberti, Cartas 94, 222103 de la Física Aplicada (2009).
[18] C.G. Rocha, L.E.F. Foa Torres y G. Cuniberti, Revista Física B 81, 115435 (2010).
[19] C.G. Rocha, M. Pacheco, L.E.F. Foa Torres, G. Cuniberti, y A. Latgé, EPL 94, 47002 (2011).
[20] H.L. Calvo, H.M. Pastawski, S. Roche, y L.E.F. Foa Torres, Appl. Phys. Lett. 98, 232103 (2011).
[21] B.L. Altshuler y L.I. Glazman, Ciencia 283, 1864 (1999); P.W. Brouwer, Phys. Rev. B 58, R10135 (1998).
[22] Para una introducción muy bonita a estos fenómenos nos referimos: M. Büttiker y M. Moskalets, Lect. Notas Phys. 690, 33 (2006).
[23] L.E.F. Foa Torres, Phys. Rev. B 72, 245339 (2005).
[24] B. Kaestner y otros, Phys. Rev. B 77, 153301 (2008).
[25] R. Zhu y H. Chen, Appl. Phys. Lett. 95, 122111 (2009).
[26] E. Prada, P. San Jose, y H. Schomerus, Phys. Rev. B 80, 245414 (2009); P. San Jose, E. Prada, S. Kohler, H. Schomerus, arxiv: 1103,5597.
[27] L.E.F. Foa Torres, H.L. Calvo, C.G. Rocha, G. Cuniberti, ser publicado.
[28] L.H. Ingaramo y L.E.F. Foa Torres, ser publicado.

Date Added: Jul 10, 2011 | Updated: Dec 12, 2013

Last Update: 12. December 2013 12:20

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