カーボンベースの Nanodevices の新しい品種のための時間依存フィールド

Luis E.F. Foa Torres

Luis E.F. Foa Torres 先生
Instituto de Fisicaa エンリケ Gaviola (FaMAF - CONICET)、 Córdoba の各国用大学、 Córdoba、アルゼンチン。
対応する著者: lfoa@famaf.unc.edu.ar

導入

1893 の 5 月は第 1 トーマス・エジソンのための苦い日べきです。 その日、シカゴの万国博覧会、最も大きい国際的な博覧会の 1 はパブリックに、公式に開きました。 イベントはエジソンの競争相手が提供した交流によって動力を与えられた電気展示品の (ac)大きい領域を特色にしました。 電球の使用を防ぐエジソンのどたん場の試みは失敗し、パブリックは交流の利点をはじめて認められました。 それは AC はエジソンがサポートした直流ソースに最終的に支配した (dc)まで非常に時間がかかり私達の世界を永久に変更した回転をスパークさせるより長い電気ネットワークをそれにより可能にします。

それにもかかわらず、電子デバイスを含む多くの機器私達に使用の大抵 DC電源が今日あります。 類似した何かはナノメーターのスケールで調査される装置によって発生します: 少数の例外 [1,2] を除いて、注意のほとんどは dc の条件の下の nanodevices に払われました。 しかし近年変更し始められた何かおよび時間依存フィールドの使用を、 AC ゲートの電圧またはレーザーのような含む豊富現象は [3] あちこちで活気づき始めま、可能性の全新しい次元を追加します。 この短い手紙で私は nanoscale で時間依存フィールドの使用を魅力的および時々一義的にするもっともな理由があること確信させることを試みます。 そのような端に私は私の自身の研究からのある例を使用しますが、前にそれ私達の好みの nanoscale 材料についての少数の事実をもたらします: カーボン nanotubes [4] および graphene [5]。

これらの材料の特性は類似した多くの点非常にカーボン nanotubes の二次元のより若いいとこである graphene にあります。 それらは最もよい伝導性材料 [4,5,6] 間で、行ないの熱 graphene (銅のそれかける約 10) のための 5x103 W/mK の約熱伝導度の地球 [7] の他のどの材料もよりよくランク付けし、例外的な機械強さ [8] 示します (破損強さと約 200 回鋼鉄の)。 例えばカーボン nanotubes は無秩序誘発の backscattering に、伸びるかどれが光学音量子エネルギー (aprox の順序のバイアス電圧まで低い感度を変則的に示し、政体のマイクロメートル [9] の順序の非弾力性平均自由行程との音響音量子誘発の backscattering に非常に強いです。 他のメカニズムが現在の彩度 [10-12] の原因となる演劇に入る時 200 MEV)。 nanotubes の箱のためのアプリケーションは有望な未来に nanoscale の銅のためのエネルギー効率が良い置換が相互接続すると同時に (私達がマイクロプロセッサの頻度を三倍にすることを可能にする) 高い電子移動度利用するトランジスターから及びます [13 の] [14,15]。

心のこれらのカーボンベースの材料によって、私達の視野は AC フィールドが電気応答 (流れおよび騒音)、また熱放散の制御の達成に使用できるカーボンベースの装置の新しい品種の原因となることができる有用な機能をこと行う。 この視野の中心で電子の減らされた次元の数そして例外的な一貫性のために、これらの材料が AC フィールド [16] によって誘導される一義的な電子構造、運転パラメータおよび非弾力性プロセス間の相互作用を調整するための顕著な競技場に提供する事実はあります。 下記においてこれは私達の自身の研究からの少数の例と説明されます。

カーボンベースの共鳴器の導電率そして騒音の制御

カーボン nanotube または graphene の nanoribbon 装置に AC ゲートを加えることによって、新しいパラメータはゲームに入ります: 運転の頻度および振幅。 これらのパラメータの調整によって、私達は流れおよび変動 [17,18] の制御を達成することは可能であることを示しました。 「私に期待応答を与えれば私は言いますそれを得るのに必要な運転パラメータの大きさを」。 静的な磁界を追加することはより豊富な機能 [19] の原因となります。

Graphene の地平線のライトか。 調整のレーザー誘発のバンドギャップ

有望な見通しの印象的なリストにもかかわらず、 graphene に弱点があります: それはそれを切替えることができなければ行なえば、バンドギャップを持っていません。 これはそれを切替える機能が不規則に重大である実行中の電子デバイスのアプリケーションを妨げます。 最近の強調された記事では、私達はレーザーフィールド [20] によって照らされたマイクロメートルサイズの graphene のサンプルを通って電気伝導の最初の原子論のシミュレーションで報告しました。 私達のシミュレーションは中間赤外線のレーザーがそれにより graphene ベースの光電子工学装置のための有望な見通しを開くこの材料の観察可能なバンドギャップを、開くことができることを示します。

時間依存の潜在性による dc の流れの電圧を偏見なしに達成すること

直流は (dc)通常去られるの間で適用されるバイアス電圧無しでバイアス電圧のアプリケーションを、右の電極、流れの流れ必要とし。 ただし、 nanoscale のシステムで dc の流れは呼出される量の凝集性効果によるゼロバイアスで量ポンプ生成することができます [21,22]。 最初は少なくとも 2 つの時間依存の潜在性 (装置に適用される AC ゲートの電圧のような) しかし最近の理論的な、 [23] 実験調査 [24] 必要な量ポンプが提案することが、考えられ全く 1 つの AC フィールドだけとのそれをまた達成することは可能であることをそれにより追加ゲートによって関連付けられる散乱を避けます。 その上、電極の間で適用されたバイアス電圧を持っていなくて量ポンプは非常に低い電力の消滅があることができます。

今まで、量ポンプは従来の半導体材料から大抵成っていました。 カーボンベースの材料を使用して多くの利点を持って来ます: ほとんど完全な接触を持っているより高い頻度政体に私達を残す操作そして可能性通常探索される隔離された共鳴および悪い導電率のものから遠い。 高周波の (非断熱) [27] および低周波の (断熱的な) [28 の] 政体の現実に近い方のこれらの装置を、持って来る多くの現在の興味 [25,26]、私達の貢献の試みのこのフィールドでは。 その上、本質的な興味は前例のない低負荷の消滅を実行中装置の別の種類で、これらの装置糸口に与えることができます。


[1] V.I. Fal'ko および D.E. Khmelnitskii、 SOV。 Phys。 JETP 68、 186 (1989 年)。
[2] H.M. Pastawski、 Phys。 Rev. B 46、 4053 (1992 年); A.P. Jauho、 N.S. Wingreen、および Y. メイア、 Phys。 Rev. B 50、 5528 (1994 年)。
[3] 検討のために私達は S. コーラー、 J. Lehmann、および P. Hanggii、 Phys を参照します。 Rep. 406、 379 (2005 年)。
[4] R. Saito、 G. Dresselhaus、 M.S. Dresselhaus のカーボン Nanotubes (帝国大学出版物、ロンドンの 1998 年) の物理的性質
[5 つ] A. ネットワークアドレス交換 K. Geim および K.S. Novoselov。 マット。 6、 183 (2007 年)。
[6] J. - C。 Charlier、 X. Blase、および S. Roche の Mod Rev。 Phys。 79、 677 (2007 年)。
[7] A.A. Balandin、 S. Ghosh、 W. Bao、 I. Calizo、 D. Teweldebrhan、 F. Miao、および Chun Ning Lau、 Nano Lett。 8、 902 (2008 年)。
[8] C. リー、 X. 魏、 J.W. Kysar、 J. Hone の科学 321、 385 (2008 年)。
[9] S. Roche、 Jie 江、 L.E.F. Foa Torres および R. Saito、 J. Phys。: Condens。 問題 19、 183203 (2007 年)。
[10] A. 等 Javey、 Phys。 Lett Rev。 92、 106804 (2004 年)。
[11] L.E.F. Foa Torres および S. Roche、 Phys。 Lett Rev。 97、 076804 (2006 年)。
[12] L.E.F. Foa Torres、 R. Avriller および S. Roche、 Phys。 Rev. B 78、 035412 (2008 年)。
[13] A. Bachtold、 P. Hadley、 T. Nakanishi および C. Dekker の科学 294 1317 (2001 年)。
[14] H. 李、 C. Xu、および K. Banerjee、コンピュータ 27、 20 の IEEE デザインおよびテスト (2010 年)。
[15] J.C. Coiffic、 M. Fayolle、 S. Maitrejean、 L.E.F. Foa Torres、および H. Le Poche、 Appl。 Phys。 Lett。 91、 252107 (2007 年)。
[16] L.E.F. Foa Torres および G. Cuniberti、 C.R. Physique 10、 297 (2009 年)。
[17] L.E.F. Foa Torres および G. Cuniberti の応用物理の文字 94、 222103 (2009 年)。
[18] C.G. Rocha、 L.E.F. Foa Torres および G. Cuniberti の物理的な検討 B 81、 115435 (2010 年)。
[19] C.G. Rocha、 M. Pacheco、 L.E.F. Foa Torres、 G. Cuniberti、および A. Latge?、 EPL 94、 47002 (2011 年)。
[20] H.L. Calvo、 H.M. Pastawski、 S. Roche、および L.E.F. Foa Torres、 Appl。 Phys。 Lett。 98、 232103 (2011 年)。
[21] B.L. Altshuler および L.I. Glazman の科学 283 1864 (1999 年); P.W. Brouwer、 Phys。 Rev. B 58、 R10135 (1998 年)。
[22] これらの現象への非常に素晴らしい紹介のために私達は参照します: M. Büttiker および M. Moskalets、 Lect。 ノート Phys。 690、 33 (2006 年)。
[23] L.E.F. Foa Torres、 Phys。 Rev. B 72、 245339 (2005 年)。
[24] B. 等 Kaestner、 Phys。 Rev. B 77、 153301 (2008 年)。
[25] R. 朱および H. 陳、 Appl。 Phys。 Lett。 95、 122111 (2009 年)。
[26] E. Prada、 P. サンノゼ、および H. Schomerus、 Phys。 Rev. B 80、 245414 (2009 年); P. サンノゼ、 E. Prada、 S. コーラー、 H. Schomerus の arxiv: 1103.5597。
[27] L.E.F. Foa Torres、 H.L. Calvo、 C.G. Rocha、 G. Cuniberti、出版されるため。
[28] L.H. Ingaramo および L.E.F. Foa Torres、出版されるため。

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

Last Update: 12. December 2013 12:18

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