Как изучить истинные свойства углеродных нанотрубок?
 Углеродная нанотрубка. |
|
||||||||
После опубликования в 1991 году первой работы по углеродным нанотрубкам (carbon nanotubes, CNT), эти структуры стали весьма популярной темой для исследований различного рода. Достаточно быстро учеными было доказано, что углеродные нантроубки могут выдерживать влияние высоких температур и обеспечивать теплопроводность в десятки раз превышающую аналогичный показатель для меди (сопоставимую с теплопроводностью алмаза). В свою очередь электрические свойства нанотрубок сделали их одним из основных кандидатов для будущей замены кремния при создании микрочипов за «технологическим барьером» в 10 нм.
Однако, эти одномерные «конструкции» существуют и применяются в трехмерном мире. Любые структуры столь миниатюрного размера должны тщательно вымеряться для того, чтобы на итоговый результат не имели свое влияние флуктуации макроскопических свойств. К примеру, транзисторы, построенные из углеродных нанотрубок, демонстрируют гистерезис в зависимости силы постоянного тока от приложенного напряжения. Другими словами, результаты измерений для постоянного тока зависят не только от самого приложенного внешнего напряжения, но и от направления его изменения. Показания также варьируются в зависимости от скорости этого изменения и других окружающих условий. Подобные явления обусловлены тем, что проходящий по трубке электрический заряд «захватывают в ловушку» окружающие молекулы воды, или же электрические заряды просто переходят в граничащие с нанотрубкой субстанции, мешая исследователям выявить «истинные» свойства этой структуры (такие как пороговое значение напряжения и подвижность электрических зарядов).
Таким образом, ключевой вопрос, волновавший ученых до недавнего времени, звучал следующим образом: как можно минимизировать подобные влияния окружающей среды для того, чтобы исследовать собственные свойства столь мелкомасштабных объектов? В ответ на этот вопрос ученые из University of Illinois (США) предложили свой путь решения проблемы.
Их идея состоит в использовании методики пульсирующих характеристик. Исследования с применением этой методики, проведенные в широком диапазоне температур (от 80 до 450 градусов по шкале Кельвина), показывают, что уменьшение времени импульса позволяет снизить наблюдаемые гистерезисные явления. Изменения длительности и параметров импульса (а точнее, времен включения и выключения напряжения) позволяют управлять процессом туннелирования «пойманных в ловушку» электрических зарядов. Это, в свою очередь, позволяет предотвратить экранирование приложенного внешнего напряжения, т.е. снизить наблюдаемый гистерезис.
На основе проведенных измерений ученые рассчитали значение подвижности электрических зарядов в углеродных нанотрубках. Как оказалось, полученные на эксперименте данные хорошо согласуются с предсказанным ранее теоретическим результатом.
Полные результаты исследований опубликованы в журнале Nanotechnology.
Исследовательская группа полагает, что предложенный ими метод пульсирующих характеристик может обеспечить измерение «истинных» параметров не только для углеродных нанотрубок, но и для других наноструктур, например, графена или нанопроводов из других материалов. В целом, методика может быть чрезвычайно полезна для развития такого направления, как молекулярная электроника.
Также по теме:
- Предложен практический метод исследования контактов нанотрубок и металлов
- Чистые нанотрубки – путь к фундаментальным открытиям и квантовым вычислениям
Источники: