Логотип ЛСМ ЮУрГУ
Южно-Уральский госудраственный университет
Национальный исследовательский университет
ЛАБОРАТОРИЯ СУПЕРКОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЮУрГУ
Русский язык
О нас
Наши партнеры
Отделы и сотрудники
История
Новости
Информация в СМИ
Фотогалерея
Эмблема ЛСМ
Экскурсии
Контакты
Вычислительные ресурсы
Суперкомпьютер «Торнадо ЮУрГУ»
Суперкомпьютер «СКИФ-Аврора ЮУрГУ»
Комплекс «GPU»
Кластер «СКИФ Урал»
Пользователям
Правила
Регистрация
Прикладное ПО
Системное ПО
Техническая поддержка
Обучение
Система ПВК
Программное обеспечение
Правила
Инструкции
Коммерческим клиентам
Научная работа
Цели ЛСМ
Проекты
Публикации
Зарегистрированные программы
     
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.