Изменение электрического сопротивления углеродной нанотрубки с металлическим типом проводимости при ее взаимодействии с атомами различной химической природы
 
Логотип ЛСМ ЮУрГУ
Южно-Уральский государственный университет
Национальный исследовательский университет
ЛАБОРАТОРИЯ СУПЕРКОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЮУрГУ
Русский язык
О нас
Наши партнеры
Отделы и сотрудники
История
Новости
Информация в СМИ
Эмблема ЛСМ
Экскурсии
Контакты
Вычислительные ресурсы
Суперкомпьютер «Торнадо ЮУрГУ»
Суперкомпьютер «СКИФ-Аврора ЮУрГУ»
Комплекс «Нейрокомпьютер»
Комплекс «GPU»
Кластер «СКИФ Урал»
Пользователям
Правила
Регистрация
Прикладное ПО
Системное ПО
Техническая поддержка
Обучение
Инструкции
Инструкции Outlook и SharePoint
Система ПВК
Программное обеспечение
Правила
Инструкции ПВК
Коммерческим клиентам
Научная работа
Цели ЛСМ
Проекты
Публикации
Зарегистрированные программы
Городской научный семинар по теории некорректных задач
     
Google

www по сайту
Главная / Научная работа / Проекты / Изменение электрического сопротивления углеродной нанотрубки с металлическим типом проводимости при ее взаимодействии с атомами различной химической природы

Изменение электрического сопротивления углеродной нанотрубки с металлическим типом проводимости при ее взаимодействии с атомами различной химической природы

Цель исследования:

Изучение влияния концентрации акцепторных атомов на электрическое сопротивление углеродной нанотрубки. При изучении свойств углеродных нанотрубок ab initio использовались квантово-химические пакеты Firefly и Siesta.

Эффект:

Даже малые концентрации акцепторных атомов могут заметно уменьшить электрическое сопротивление углеродных нанотрубок.

Авторы:

В.П. Бескачко (ЮУрГУ), заведующий кафедрой, доктор физико-математических наук, доцент; Факультет: «Физический», Кафедра: «Компьютерное моделирование и нанотехнологии».

С.А. Созыкин (ЮУрГУ), доцент, кандидат физико-математических наук; Факультет: «Физический», Кафедра: «Компьютерное моделирование и нанотехнологии».

pr

3D модель углеродной
нанотрубки

pr

pr

Модель фрагмента УНТ (7,7) с электродами

Описание:

Задача состояла в изменении электрического сопротивления углеродной нанотрубки с металлическим типом проводимости при ее взаимодействии с атомами различной химической природы. Несмотря на большое количество исследований, посвященных изучению свойств заполненных и функционализированных УНТ, а также УНТ-содержащих композиционных материалов, в настоящее время остается нерешенным ряд фундаментальных вопросов, касающихся взаимодействия углеродных наноструктур с окружением. Решение подобного рода задач крайне важно для практического применения углеродных нанотрубок. В частности, есть основания ожидать, что инкапсулирование трубок позволит управлять их электрическими свойствами вплоть до изменения механизма проводимости с металлического на полупроводниковый и наоборот. Эта возможность привлекает внимание в связи с возрастающим интересом к возможности использования УНТ для разработки элементной базы микроэлектроники. Однако, в настоящее время недостаточно ни экспериментальных, ни теоретических данных о структуре и свойствах таких систем. По этой причине целесообразным является получение таких данных методами компьютерного моделирования, исходящими из первых принципов. В качестве инструментов исследования применяются хорошо зарекомендовавшие себя при изучении свойств углеродных нанотрубок ab initio квантово-химические пакеты Firefly и Siesta. В сочетании с эффективным использованием высокопроизводительного кластера ЮУрГУ это позволяет исследовать сравнительно большие комплексы «нанотрубка+инкапсулированные атомы», интересные в практическом отношении. На рисунке показаны УНТ (7,7), содержащие на внешней или внутренней поверхности атом лития, серы и селена. Выбор именно этих элементов объясняется тем, что литий является донором электронов при взаимодействии с УНТ, в то время как сера и селен проявляют акцепторные свойства. Из этого рисунка видно, что сопротивление уединенной нанотрубки остается постоянным в исследованном интервале напряжений. Его величина оказалась равна 6.55 кОм, что на 1% больше сопротивления, предсказываемого теорией Ландауэра-Буттикера сопротивления для проводника с четырьмя каналами проводимости. Взаимодействие с атомом лития (как внутри нанотрубки, так и на ее внешней поверхности) приводит к небольшому (менее 1%) уменьшению сопротивления. Наличие атомов серы или селена заметно увеличивают сопротивление фрагмента УНТ. Так, внедрение атома селена в полость УНТ приводит к увеличению сопротивления на 2%. Адсорбирование атома серы на внешней поверхности нанотрубки увеличивает сопротивление на 11-15% зависимости от напряжения). Внедрение серы в полость УНТ и адсорбирование атома селена на внешней поверхности нанотрубки увеличивает сопротивление на величину 15-19%. Этот результат показывает, что даже малые концентрации акцепторных атомов могут заметно уменьшить электрическое сопротивление углеродных нанотрубок. В то же время для его заметного уменьшения малых концентраций донорных атомов недостаточно.