Time-Dependent Gebieden voor een Nieuw Ras van koolstof-Gebaseerde Nanodevices

door Luis E.F. FOA Torres

Dr. Luis E.F. FOA Torres
Instituto DE Física Enrique Gaviola (FaMAF - CONICET), Nationale Universiteit van Córdoba, Córdoba, Argentinië.
Overeenkomstige auteur: lfoa@famaf.unc.edu.ar

Inleiding

1 van Mei van 1893 zouden een bittere dag voor Thomas Edison moeten geweest zijn. Die dag, Markt van de Wereld van Chicago, één van de grootste internationale exposities ooit, werd officieel opengesteld voor het publiek. De gebeurtenis kenmerkte een groot gebied van elektrische tentoongestelde voorwerpen die door wisselstroom worden aangedreven (ac) die door de concurrenten van Edison wordt verstrekt. Poging had de van het laatste ogenblik van Edison om het gebruik van gloeilampen te verhinderen ontbroken en het publiek kon de voordelen van wisselstroom voor het eerst waarderen. Het nam zeer lang tot ac definitief over de gelijkstroom (dc)bronnen overheerste die door Edison worden gesteund, daardoor het toestaan voor langere elektronetwerken niet, die een revolutie vonken die onze wereld voor altijd veranderde.

Niettemin, vele toestellen met inbegrip van de elektronische apparaten hebben wij vandaag gebruiks meestal gelijkstroom macht. Gelijkaardig Iets komt met de apparaten voor die bij de nanometerschaal worden onderzocht: Met een paar uitzonderingen [1.2], is het grootste deel van de aandacht gegeven aan nanodevices in de gelijkstroomomstandigheden. Maar iets begon de laatste jaren te veranderen en een rijkdom aan fenomenen die het gebruik van time-dependent gebieden, zoals ac poortvoltages of lasers impliceren, begon hier en daar [3] te bloeien, toevoegend een gehele nieuwe afmeting van mogelijkheden. In deze korte nota die Ik zal proberen om u te overtuigen dat er zijn goede redenen die uniek maken het gebruik van time-dependent gebieden bij nanoscale aantrekkelijk en soms. Aan dergelijk eind zal Ik sommige voorbeelden van mijn eigen onderzoek gebruiken, maar vóór dat zal Ik een paar feiten over onze favoriete nanoscalematerialen introduceren: koolstof nanotubes [4] en graphene [5].

De eigenschappen van deze materialen zijn in vele zeer gelijkaardige achting, graphene zijnd de tweedimensionale jongere neef van koolstof nanotubes. Zij rangschikken onder de beste geleidende materialen [4.5.6], leiden hitte dan beter een ander materiaal ter wereld [7] met een warmtegeleidingsvermogen van ongeveer 5x103 W/mK voor graphene (ongeveer tien keer dat van koper), en zij tonen uitzonderlijke mechanische sterkte [8] (met een breekweerstand over 200 keer dat van staal). De Koolstof nanotubes bijvoorbeeld, toont abnormaal lage gevoeligheid aan wanorde-veroorzaakte backscattering en is zeer robuust aan akoestisch-fonon-veroorzaakte backscattering met niet elastische gemiddelde vrije wegen op de orde van de micrometer [9] in een regime dat zich tot bias voltages op de orde van de optische fononenergieën uitbreidt (benader. meV 200) wanneer andere mechanismen in spel binnengaan dat tot huidige verzadiging [10-12] leidt. De Toepassingen voor het geval van nanotubes strekken zich van transistors [13] uit die uit de hoge elektronenmobiliteit (die zelfs ons zouden toestaan om de frequentie van microprocessors) te verdrievoudigen aan een veelbelovende toekomst voordeel halen aangezien een energie efficiënte vervanging voor koper in nanoscale onderling verbindt [14.15].

Met deze op koolstof-gebaseerde materialen in mening, is onze visie dat ac de gebieden voor het bereiken van controle van de elektroreactie (stroom en lawaai) evenals de hittedissipatie zouden kunnen worden gebruikt, en nuttige functies uitoefenen die tot een nieuw ras van op koolstof-gebaseerde apparaten konden leiden. Centraal bij dit is visie het feit dat ten gevolge van hun verminderde dimensionaliteit en uitzonderlijke coherentie van de elektronen, deze materialen een opmerkelijke arena voor het stemmen van de interactie tussen een unieke elektronische structuur aanbieden, de drijfparameters en de niet elastische processen die door de ac gebieden [16] wordt veroorzaakt. In het volgende, zal dit met een paar voorbeelden van ons eigen onderzoek worden geïllustreerd.

Controle van het Geleidingsvermogen en het Lawaai in koolstof-Gebaseerde Resonators

Door een ac poort op een koolstof nanotube of graphene nanoribbon apparaat toe te passen, gaan de nieuwe parameters in het spel binnen: de drijffrequentie en de omvang. Door deze parameters te stemmen, hebben wij aangetoond dat het mogelijk is om controle over de stroom en zijn schommelingen [17.18] te bereiken. „Geef me de gewenste reactie en Ik zal u de omvang drijfparameters noodzakelijk vertellen om het te verkrijgen.“ Het Toevoegen van een statisch magnetisch veld leidt tot nog rijkere eigenschappen [19].

Een Licht op de Horizon van Graphene? Het Stemmen Laser-Induced Hiaten van de Band

Ondanks de indrukwekkende lijst van het beloven van vooruitzichten, graphene heeft een Achilles hiel: het heeft geen band-Gap, zodra het het kan niet worden uitgeschakeld leidt. Dit belemmert toepassingen in actieve elektronische apparaten waar de capaciteit te schakelen het aan en uit essentieel is. In een recent benadrukt artikel, rapporteerden wij over de eerste atomistic simulaties van elektrogeleiding door een micrometer-gerangschikte graphene steekproef die door een lasergebied [20] wordt verlicht. Onze simulaties tonen aan dat een laser in het medio-infrared waarneembaar band-Gap in dit materiaal kan openen, daardoor openend veelbelovende vooruitzichten voor graphene-gebaseerde optoelectronic apparaten.

Onpartijdig het Bereiken van een gelijkstroom Huidig Voltage door Time-Dependent Potentieel

Een gelijkstroom (dc) vereist gewoonlijk de toepassing van een bias voltage, zonder bias voltage wordt toegepast dat tussen, namelijk, links en juiste elektroden, geen huidige stromen. Nochtans, in systemen bij nanoscale kan een gelijkstroomstroom zelfs bij nul bias worden geproduceerd toe te schrijven aan een quantum coherent geroepen effect het quantum pompen [21.22]. Oorspronkelijk, dacht men dat het quantum pompen minstens twee time-dependent potentieel vereiste (zoals ac poortvoltages die op het apparaat worden toegepast) maar de recentere theoretische [23] en experimentele [24] studies suggereren dat het inderdaad mogelijk is om het met slechts één ac gebied te bereiken eveneens, daardoor vermijdend de rommel verbonden aan extra poorten. Bovendien, hebbend geen bias voltage dat tussen de elektroden wordt toegepast, kon een quantumpomp zeer lage machtsdissipatie hebben.

Op tot nu toe, werden de quantumpompen gemaakt meestal van traditionele semiconducting materialen. Het Gebruiken van op koolstof-gebaseerde materialen zou vele voordelen brengen: hogere frequentieverrichting en de mogelijkheid die om bijna perfecte contacten te hebben, ons verlaat in een regime verre van één van geïsoleerde gewoonlijk onderzochte resonanties en slecht geleidingsvermogen. Op dit gebied van veel huidig belang [25.26], proberen onze bijdragen om deze apparaten aan werkelijkheid, zowel in de hoge (niet adiabatische) dichter te brengen frequentie [27] en (adiabatische) [28] regimes met lage frekwentie. Bovendien, zijn intrinsieke rente, deze apparaten kon een aanwijzing op een verschillend soort actieve apparaten van een ongekende lage energiedissipatie voorzien.


[1] V.I. Fal'ko en D.E. Khmelnitskii, Sov. Phys. JETP 68, 186 (1989).
[2] H.M. Pastawski, Phys. Toer B 46, 4053 (1992); A.P. Jauho, N.S. Wingreen, en Y. Meir, Phys. Toer B 50, 5528 (1994).
[3] Voor een overzicht dat wij naar S. Kohler, J. Lehmann, en P. Hänggi, Phys hebben verwezen. Rep. 406, 379 (2005).
[4] R. Saito, G. Dresselhaus, M.S. Dresselhaus, Fysische Eigenschappen van Koolstof Nanotubes (de KeizerPers van de Universiteit, Londen, 1998)
[5] A.K. Geim en K.S. Nationaal Novoselov. Mat. 6, 183 (2007).
[6] J. - C. Charlier, X. Blase, en S. Roche, Mod. van Toer. Phys. 79, 677 (2007).
[7] A.A. Balandin, S. Ghosh, W. Bao, I. Calizo, D. Teweldebrhan, F. Miao, en Chun Ning Lau, Nano Lett. 8, 902 (2008).
[8] C. Lee, X. Wei, J.W. Kysar, J. Hone, Wetenschap 321, 385 (2008).
[9] S. Roche, Jie Jiang, L.E.F. FOA Torres en R. Saito, J. Phys.: Condens. Kwestie 19, 183203 (2007).
[10] A. Javey et al., Phys. Toer Lett. 92, 106804 (2004).
[11] L.E.F. FOA Torres en S. Roche, Phys. Toer Lett. 97, 076804 (2006).
[12] L.E.F. FOA Torres, R. Avriller en S. Roche, Phys. Toer B 78, 035412 (2008).
[13] A. Bachtold, P. Hadley, T. Nakanishi en C. Dekker, Wetenschap 294, 1317 (2001).
[14] H. Li, C. Xu, en K. Banerjee, het Ontwerp van IEEE en Test van Computers 27, 20 (2010).
[15] J.C. Coiffic, M. Fayolle, S. Maitrejean, L.E.F. FOA Torres, en H. Le Poche, Appl. Phys. Lett. 91, 252107 (2007).
[16] L.E.F. FOA Torres en G. Cuniberti, C.R. Physique 10, 297 (2009).
[17] L.E.F. FOA Torres en G. Cuniberti, Toegepaste Brieven 94, 222103 van de Fysica (2009).
[18] C.G. Rocha, L.E.F. FOA Torres en G. Cuniberti, Fysiek Overzicht B 81, 115435 (2010).
[19] C.G. Rocha, M. Pacheco, L.E.F. FOA Torres, G. Cuniberti, en A. Latgé, EPL 94, 47002 (2011).
[20] H.L. Calvo, H.M. Pastawski, S. Roche, en L.E.F. FOA Torres, Appl. Phys. Lett. 98, 232103 (2011).
[21] B.L. Altshuler en L.I. Glazman, Wetenschap 283, 1864 (1999); P.W. Brouwer, Phys. Toer B 58, R10135 (1998).
[22] Voor een zeer aardige inleiding aan deze fenomenen die wij hebben verwezen naar: M. Büttiker en M. Moskalets, Lect. Nota's Phys. 690, 33 (2006).
[23] L.E.F. FOA Torres, Phys. Toer B 72, 245339 (2005).
[24] B. Kaestner et al., Phys. Toer B 77, 153301 (2008).
[25] R. Zhu en H. Chen, Appl. Phys. Lett. 95, 122111 (2009).
[26] E. Prada, P. San-Jose, en H. Schomerus, Phys. Toer B 80, 245414 (2009); P. San-Jose, E. Prada, S. Kohler, H. Schomerus, arxiv: 1103.5597.
[27] te publiceren L.E.F. FOA Torres, H.L. Calvo, C.G. Rocha, G. Cuniberti.
[28] te publiceren LINKS Ingaramo en L.E.F. FOA Torres.

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

Last Update: 12. December 2013 12:17

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit