1.4.2. Баллистический транспорт в наноразмерных системах

Наноструктуры часто имеют размеры меньше длины свободного пробега электрона. Например, системы на GaAs и нанотрубки могут иметь длину свободного пробега более 1 микрометра, и потому могут использоваться в качестве баллистических проводников для волн электронов.

Таким образом, проводимость омически присоедине-нной, баллистически проводящей 1D системы зависит только от фундаментальных констант. Экспериментально этот эффект был подтвержден на структуре GaAs (Van Wees и др., 1988; Wharam и др., 1988).

В нанотрубках 1D каналы наблюдаются в виде вырожденных пар как следствие симметрии обхода цилиндра по/против часовой стрелки. Металлическая НТ имеет одну пару каналов с энергиями, перекрывающими уровень Ферми. При низком напряжении только эта пара каналов может быть неравно заполнена электронами, движущимися в различных направлениях. Все другие подзоны (каналы) или пусты или полностью заполнены. Таким образом, идеально соединенная металлическая НТ, с длиной меньше длины свободного пробега электрона, должна иметь квантованную проводимость порядка 2(2e²/h). Действительно, омически соединенные металлические НТ с длиной ~ 200 нм имеют проводимость примерно 4e²/h (Kong и др., 2001; Liang и др., 2001).

1.4.3. Полупроводниковые нанотрубки

В полупроводниках существует диапазон энергий, в которых не существует электронных состояний. Поскольку этот диапазон пересекает подзоны 1D каналов в полупроводниковых НТ, проводимость может включаться и выключаться при помощи электрического поля. Нанотрубки в качестве полевого транзистора могут быть использованы в технологии. Возможно применение нанотрубок в плотной упаковке для микросхем, а также как в качестве зондов. В этом контексте, поведение нанотрубок подобно полевым транзисторам полезно для исследования их зонной структуры и влияния механических напряжений и магнитного поля на эту структуру.

1.4.5. Использование асм для работы с нанотрубками

Технологии туннельной микроскопии – незаменимый инструмент для подготовки и характеристики НТ образцов. Глубокая характеристика возможна при использовании техники наноманипуляций и взаимодействия между зондом АСМ и НТ. На рис. 6, b показано АСМ изображение НТ на подложке из диоксида кремния. Разрез этого топографического изображения дает информацию о высоте нанотрубки. При интерпретации данных следует учитывать, что нанотрубка более просто сжимается, чем подложка. Таким образом, измеренная с помощью АСМ высота может быть меньше, чем истинный диаметр трубки (Postma и др., 2000). Ошибка минимализируется уменьшением взаимодействия между зондом АСМ и нанотрубкой.

Покрытый золотом АСМ зонд может использоваться для создания электрических контактов с низким сопротивлением практически в любой точке трубки (de Pablo и др., 2002; Park и др., 2004; Yaish и др., 2004). Эта техника очень полезна при создании наноустройств. Например, если несколько нанотрубок присоединены к двум электродам, то АСМ зонд может использоваться в качестве третьего электрода для отличия НТ друг от друга. Ненужные НТ затем можно “сжечь” инжектируя сильный ток из кончика АСМ зонда в НТ (Park и др., 2002). Используя АСМ зонд как третий электрод, можно исследовать различные участки одной НТ.

Рис. 6. Сканирующая туннельная микроскопия. a) осциллирующий зонд АСМ используется для исследования поверхности. Кончик приближается к поверхности до тех пор, пока не будет зафиксирован спад в осцилляциях. Изображение получают, сохраняя постоянную амплитуду осцилляций. b) изображение топографии поверхности устройства на нанотрубке и сечение этого изображения. Масштабные линейки – 300 нм. Золотые электроды вверху и внизу изображения намного толще нанотрубки. Поперечное сечение изображения дает диаметр нанотрубки порядка 1 нм. c) наклоненный АСМ кантилевер может быть использован для измерения механических параметров нанотрубки.