양자선

Quantum wire

중경 물리학에서 양자 와이어는 양자 효과가 전송 특성에 영향을 미치는 전기 전도 와이어다. 대개 그러한 효과는 나노미터의 치수에서 나타나므로 나노와이어라고도 한다.

양자효과

전자의 직경이 충분히 작으면 전자는 횡방향으로 양자 구속을 경험하게 된다. 결과적으로, 이들의 가로 에너지는 일련의 이산형 값으로 제한될 것이다. 이 정량화의 한 가지 결과는 와이어의 전기 저항을 계산하기 위한 고전적인 공식,

양자선에는 유효하지 않다(여기서 은(는) 재료의 저항성, 은(는) 길이, A 은(는) 와이어의 단면적이다).

대신, 와이어의 저항을 계산하기 위해 구속 전자의 횡방향 에너지의 정확한 계산을 수행해야 한다. 전자 에너지의 정량화에 이어 전기 전도율(저항의 역)이 e 스타일 의 배수로 정량화되는 것으로 확인되며 여기서 스타일 은 전자 전하, 스타일 은 플랑크 상수다. 두 가지 요인은 스핀 퇴행에서 발생한다. 단일 탄도 양자 채널(즉, 내부 산란 없이)은 이 전도도와 동일한 전도성을 가진다. 전도도는 내부 산란 상태에서 이 값보다 낮다.[1]

정량화의 중요성은 주어진 물질에 대한 나노와이어의 직경과 반비례한다. 물질에서 물질에 이르기까지 전자적 특성, 특히 전자의 유효 질량에 의존한다. 물리적으로 이것은 전도 전자가 주어진 물질 내의 원자와 어떻게 상호작용하느냐에 달려 있다는 것을 의미한다. 실제로 반도체는 구속에 따른 전자 모드가 공간적으로 확장되기 때문에 대형 와이어 가로 치수(~100nm)에 대해 명확한 전도성 정량화를 보일 수 있다. 결과적으로, 그들의 페르미 파장은 크기 때문에 에너지 분리가 낮다. 이는 열 에너지가 모드 간 에너지 분리보다 낮은 극저온(절대 0의 몇 도 이내)에서만 해결할 수 있다는 것을 의미한다.

금속의 경우, 가장 낮은 에너지 상태에 해당하는 정량화는 원자선에 대해서만 관측된다. 따라서 매우 작은 파장은 상온에서도 저항 계량화를 관측할 수 있는 매우 큰 에너지 분리를 가진다.

(6,0) CNT(지그재그, 금속), (10,2) CNT(반도체) 및 (10,10) CNT(팔의자, 금속)에 대해 엄격한 결합 근사치를 사용하여 계산한 밴드 구조

탄소 나노튜브

탄소 나노튜브는 양자선의 한 예다. 내부 산란(발광적 운송)을 보이지 않을 정도로 짧은 금속 단벽 탄소나노튜브는 전도성 양자(2 의 2배 가까이 접근하는 전도성을 가지고 있으며 는 두 개의 공간 채널을 가지고 있기 때문에 2의 인자가 발생한다.[2]

나노튜브의 구조는 그것의 전기적 특성에 강한 영향을 미친다. 주어진 (n,m) 나노튜브의 경우, n = m이면 나노튜브는 금속성이며, n - m이 3의 배수라면 나노튜브는 매우 작은 밴드 갭을 가진 반도체, 그렇지 않으면 나노튜브는 중간 크기의 반도체다. 따라서 안락의자(n = m) 나노튜브는 모두 금속성이며, 나노튜브(6,4), (9,1) 등은 반도체다.[3]

적용들

전자기기

나노와이어 MOSFET에서 반전 채널(전자 밀도)의 형성과 임계 전압(IV)의 달성을 위한 원자성 시뮬레이션 결과. 이 장치의 임계값 전압은 약 0.45V에 있다는 점에 유의하십시오.

나노와이어는 트랜지스터에 사용될 수 있다. 트랜지스터는 오늘날의 전자회로에서 기본적인 구성 요소로 널리 사용된다. 미래 트랜지스터 구축의 핵심 과제 중 하나는 채널에 대한 우수한 게이트 제어를 보장하는 것이다. 높은 가로세로 인해 게이트 유전체를 나노와이어 채널 주위에 감싸면 채널 전위의 정전기 제어가 잘되어 트랜지스터를 효율적으로 켜고 끌 수 있다.[4]

반도체 나노와이어를 이용한 감지

전계효과 트랜지스터(FET) 소자의 전도성(전자/구멍의 흐름)의 변조가 전도 채널 내 전하 밀도의 정전기 전위변동(게이트 전위변동)에 의해 제어되는 유사한 방법으로, 바이오/켐-FET의 방법론은 담당관리의 국소변동 감지에 기초한다.nsity, 또는 소위 "장 효과"라고 불리는, 대상 분자와 표면 수용체 사이의 인식 사건을 특징짓는.

표면 전위의 이러한 변화는 '게이트' 전압과 마찬가지로 Chem-FET 장치에 정확히 영향을 미치며, 장치 전도에 감지 가능하고 측정 가능한 변화를 초래한다.[5]

참고 항목

참조

  1. ^ S. Datta, Mesoscopic Systems, Cambridge University Press, 1995, Mesoscopic Systems, Electronic Transport, 1995, ISBN0-521-59943-1.
  2. ^ Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Avouris, Ph. (2001). Carbon nanotubes: synthesis, structure, properties, and applications. Springer. ISBN 3-540-41086-4.
  3. ^ Lu, X.; Chen, Z. (2005). "Curved Pi-Conjugation, Aromaticity, and the Related Chemistry of Small Fullerenes (C60) and Single-Walled Carbon Nanotubes". Chemical Reviews. 105 (10): 3643–3696. doi:10.1021/cr030093d. PMID 16218563.
  4. ^ Appenzeller, Joerg; Knoch, Joachim; Bjork, Mikael T.; Riel, Heike; Schmid, Heinz; Riess, Walter (2008). "Toward nanowire electronics". IEEE Transactions on Electron Devices. 55 (11): 2827. Bibcode:2008ITED...55.2827A. doi:10.1109/TED.2008.2008011. S2CID 703393.
  5. ^ Engel, Yoni; Elnathan, R.; Pevzner, A.; Davidi G.; Flaxer E.; Patolsky F. (2010). "Supersensitive Detection of Explosives by Silicon Nanowire Arrays". Angewandte Chemie International Edition. 49 (38): 6830–6835. doi:10.1002/anie.201000847. PMID 20715224.