Campos Tempo-Dependentes para uma Raça Nova de Nanodevices Carbono-Baseado

por Luis E.F. FOA Torres

Dr. Luis E.F. FOA Torres
Instituto de Física Enrique Gaviola (FaMAF - CONICET), Universidade Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina.
Autor Correspondente: lfoa@famaf.unc.edu.ar

Introdução

Ø Maio de 1893 deve ter sido um dia amargo para Thomas Edison. Esse dia, a Feira de Mundo de Chicago, uma das exposições internacionais as mais grandes nunca, foi aberto oficialmente ao público. O evento caracterizou uma grande área das exibições elétricas postas pelas correntes alternas (ac) fornecidas pelos concorrentes de Edison. A última tentativa minúscula de Edison de impedir o uso de ampolas tinha falhado e o público podia apreciar pela primeira vez os benefícios de correntes alternas. Não tomou muito por muito tempo até que a C.A. dominou finalmente sobre as fontes (dc) de corrente contínua apoiadas por Edison, desse modo permitindo umas redes elétricas mais longas, acendendo uma revolução que mudasse nosso mundo para sempre.

Não Obstante, muitos dispositivos que incluem os dispositivos electrónicos nós temos hoje a alimentação de DC do uso na maior parte. Algo similar ocorre com os dispositivos investigados na escala do nanômetro: Com algumas exceções [1,2], a maioria da atenção foi dada aos nanodevices sob circunstâncias da C.C. Mas algo começado mudar nos últimos anos e uma riqueza dos fenômenos que envolvem o uso de campos tempo-dependentes, tais como tensões da porta da C.A. ou lasers, começaram florescer aqui e ali [3], adicionando uma dimensão nova inteira das possibilidades. Nesta breve nota Eu tentarei convencê-lo que há as boas razões que fazem o uso de campos tempo-dependentes no nanoscale atractivo e às vezes original. A tal extremidade Eu usarei alguns exemplos de minha própria pesquisa, mas antes isso Eu introduzirei alguns factos sobre nossos materiais favoritos do nanoscale: nanotubes do carbono [4] e graphene [5].

As propriedades destes materiais estão em muitas considerações muito similares, graphene que é o primo mais novo bidimensional de nanotubes do carbono. Classificam entre os melhores materiais condutores [4,5,6], calor da conduta melhor do que todo o outro material na terra [7] com uma condutibilidade térmica aproximadamente de 5x103 W/mK para o graphene (aproximadamente dez vezes aquele do cobre), e mostram a força mecânica excepcional [8] (com uma força de quebra aproximadamente 200 vezes que do aço). Os nanotubes do Carbono por exemplo, mostram anômala a baixa sensibilidade ao backscattering desordem-induzido e são muito robustos ao backscattering acústico-fonão-induzido com os trajectos livres médios não elásticos na ordem do micrômetro [9] em um regime qual estende até as tensões diagonais na ordem das energias ópticas do fonão (aproxime. meV 200) quando outros mecanismos participarem no jogo que conduz à saturação actual [10-12]. Os Pedidos para a caixa dos nanotubes variam dos transistor [13] que se aproveitam das mobilidades de elétron altas (que permitiriam que mesmo nós triplicassem a freqüência dos microprocessadores) a um futuro prometedor enquanto uma substituição eficiente da energia para o cobre no nanoscale interconecta [14,15].

Com estes materiais carbono-baseados na mente, nossa visão é que os campos da C.A. poderiam ser usados conseguindo o controle da resposta elétrica (corrente e ruído) assim como da dissipação de calor, e executa as funções úteis que poderiam conduzir a uma raça nova de dispositivos carbono-baseados. No centro desta visão é o facto que devido a suas extensibilidade reduzida e coerência excepcional dos elétrons, estes materiais oferecem a uma arena proeminente para ajustar a interacção entre uma estrutura eletrônica original, os parâmetros de condução e os processos não elásticos induzidos pelos campos da C.A. [16]. No seguinte, isto será ilustrado com alguns exemplos de nossa própria pesquisa.

Controle da Condutibilidade e do Ruído em Ressonadores Carbono-Baseados

Aplicando uma porta da C.A. a um dispositivo do nanoribbon do nanotube ou do graphene do carbono, os parâmetros novos participam no jogo: a freqüência e a amplitude de condução. Ajustando estes parâmetros, nós mostramos que é possível conseguir o controle sobre a corrente e suas flutuações [17,18]. “Dê-me a resposta desejada e Eu dir-lhe-ei o valor dos parâmetros de condução necessários obtê-lo.” Adicionar um campo magnético estático conduz mesmo a umas características mais ricas [19].

Uma Luz no Horizonte de Graphene? Diferenças de Faixa Laser-Induzidas de Ajustamento

Apesar da lista impressionante de perspectivas prometedoras, o graphene tem um salto de Achilles: não tem faixa-Gap, uma vez que o está conduzindo não pode ser comutado-fora. Isto impede aplicações nos dispositivos electrónicos activos onde a capacidade para a ligar e é fora crucial. Em um artigo destacado recente, nós relatamos nas primeiras simulações atomísticas da condução elétrica através de uma amostra micrômetro-feita sob medida do graphene iluminada por um campo do laser [20]. Nossas simulações mostram que um laser no meados de-infravermelho pode abrir faixa-Gap perceptível neste material, abrindo desse modo perspectivas prometedoras para dispositivos optoelectronic graphene-baseados.

Conseguindo uma Corrente da C.C. Sem Tensão Diagonal com os Potenciais Tempo-Dependentes

Uma corrente contínua (dc) exige geralmente a aplicação de uma tensão diagonal, sem a tensão diagonal aplicada entre saido por exemplo e os eléctrodos direitos, nenhuns fluxos da corrente. Contudo, nos sistemas no nanoscale uma corrente da C.C. pode ser gerada mesmo na polarização zero devido a um efeito coerente do quantum chamado bombeamento do quantum [21,22]. Originalmente, pensou-se que o bombeamento do quantum exigido pelo menos dois potenciais tempo-dependentes (tais como as tensões da porta da C.A. aplicadas ao dispositivo) mas [24] uns estudos teóricos [23] e experimentais mais recentes sugere que fosse certamente possível o conseguir também com somente um campo da C.A., desse modo evitando a desordem associada com as portas adicionais. Além Disso, não tendo nenhuma tensão diagonal aplicada entre os eléctrodos, uma bomba do quantum podia ter muito a dissipação de baixa potência.

Até aqui, as bombas do quantum foram feitas na maior parte de materiais semiconducting tradicionais. Usar materiais carbono-baseados traria muitos benefícios: operação mais alta da freqüência e a possibilidade de ter contactos quase perfeitos, deixando nos em um regime longe de essa de ressonâncias isoladas e da condutibilidade deficiente exploradas geralmente. No este campo de muito interesse actual [25,26], de nossa tentativa das contribuições trazer estes dispositivos mais perto da realidade, [28] nos regimes (adiabáticos) de alta freqüência (não adiabático) [27] e de baixa frequência. Além Disso, seu interesse intrínseco, estes dispositivos podia fornecer um indício em um tipo diferente de dispositivos activos a dissipação de baixa energia inaudita.


[1] V.I. Fal'ko e 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, e Y. Meir, Phys. Rev. B 50, 5528 (1994).
[3] Para uma revisão nós referimos S. Kohler, J. Lehmann, e P. Hänggi, Phys. Representante. 406, 379 (2005).
[4] R. Saito, G. Dresselhaus, M.S. Dresselhaus, Propriedades Físicas do Carbono Nanotubes (Imprensa Imperial da Faculdade, Londres, 1998)
[5] A.K. Geim e K.S. Novoselov, Nat. Esteira. 6, 183 (2007).
[6] J. - C. Charlier, X. Blase, e S. Roche, Rev. Modificação. Phys. 79, 677 (2007).
[7] A.A. Balandin, S. Ghosh, W. Bao, I. Calizo, D. Teweldebrhan, F. Miao, e Chun Ning Lau, Lett Nano. 8, 902 (2008).
[8] C. Lee, X. Wei, J.W. Kysar, J. Pedra De Afiar, Ciência 321, 385 (2008).
[9] S. Roche, Jie Jiang, L.E.F. FOA Torres e R. Saito, J. Phys.: Condens. Matéria 19, 183203 (2007).
[10] A. Javey e outros, Phys. Rev. Lett. 92, 106804 (2004).
[11] L.E.F. FOA Torres e S. Roche, Phys. Rev. Lett. 97, 076804 (2006).
[12] L.E.F. FOA Torres, R. Avriller e S. Roche, Phys. Rev. B 78, 035412 (2008).
[13] A. Bachtold, P. Hadley, T. Nakanishi e C. Dekker, Ciência 294, 1317 (2001).
[14] H. Li, C. Xu, e K. Banerjee, Projecto de IEEE e Teste dos Computadores 27, 20 (2010).
[15] J.C. Coiffic, M. Fayolle, S. Maitrejean, L.E.F. FOA Torres, e H. Le Poche, Appl. Phys. Lett. 91, 252107 (2007).
[16] L.E.F. FOA Torres e G. Cuniberti, C.R. Físico 10, 297 (2009).
[17] L.E.F. FOA Torres e G. Cuniberti, Letras 94 da Física Aplicada, 222103 (2009).
[18] C.G. Rocha, L.E.F. FOA Torres e G. Cuniberti, Revisão Física B 81, 115435 (2010).
[19] C.G. Rocha, M. Pacheco, L.E.F. FOA Torres, G. Cuniberti, e A. Latgé, EPL 94, 47002 (2011).
[20] H.L. Calvo, H.M. Pastawski, S. Roche, e L.E.F. FOA Torres, Appl. Phys. Lett. 98, 232103 (2011).
[21] B.L. Altshuler e L.I. Glazman, Ciência 283, 1864 (1999); P.W. Brouwer, Phys. Rev. B 58, R10135 (1998).
[22] Para uma introdução muito agradável a estes fenômenos nós referimos: M. Büttiker e M. Moskalets, Lect. Notas Phys. 690, 33 (2006).
[23] L.E.F. FOA Torres, Phys. Rev. B 72, 245339 (2005).
[24] B. Kaestner e outros, Phys. Rev. B 77, 153301 (2008).
[25] R. Zhu e H. Chen, Appl. Phys. Lett. 95, 122111 (2009).
[26] E. Prada, P. San Jose, e 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, para ser publicado.
[28] L.H. Ingaramo e L.E.F. FOA Torres, para ser publicado.

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

Last Update: 12. December 2013 12:19

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