Исследователи моделируют детальное поведение электронов в графеновых нанолентах

Исследователи моделируют детальное поведение электронов в графеновых нанолентах

Для дальнейшего сокращения размеров электронных компонентов требуются новые материалы. Это поможет сделать такие устройства, как смартфоны и ноутбуки, быстрее и эффективнее. Мельчайшие наноструктуры графена из нового материала показывают потенциал в этом отношении.

Графеновая нанолента (в центре) состоит из одного слоя сотовых атомов углерода. Лента имеет всего несколько атомов углерода в ширину и имеет различные электрические свойства в зависимости от ее формы и ширины. Локальная плотность электронов увеличивается по краям, как показывают темно-красные области в прямоугольниках. Изображение предоставлено: © Jan-Philip Joost, AG Bonitz.

Графен состоит из одного слоя атомов углерода и, помимо прочего, обладает отличной электропроводностью. Но более высокий уровень пространственного ограничения в таких наноструктурах сильно влияет на их электронные свойства.

Команда, возглавляемая профессором Майклом Бонитцем из Института теоретической физики и астрофизики (ITAP) при Кристиан-Альбрехтском университете в Киле (CAU), успешно имитировала детальное поведение электронов в этих специальных наноструктурах, используя передовые вычислительная модель. Это знание жизненно важно для потенциального применения графеновых наноструктур в электронных устройствах.

Точное моделирование свойств электронов в наноструктурах

В прошлом году две исследовательские группы независимо друг от друга добились успеха в изготовлении узких, атомарно точных графеновых нанолент и измерении их электронных энергий. Ширина нанолент отличается точно отрегулированным образом. Каждая часть нано-ленты включает в себя свои энергетические состояния со своей электронной структурой.

Однако результаты измерений не могли быть полностью воспроизведены предыдущими теоретическими моделями .

Майкл Бонитц, профессор, Институт теоретической физики и астрофизики, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Бонитц также возглавляет кафедру статистической физики в ITAP.

Вместе со своим аспирантом Яном-Филипом Джустом и их датским коллегой профессором Антти-Пеккой Яухо из Технического университета Дании (DTU) они создали улучшенную модель, которая привела к очень хорошему согласию с экспериментами. Физики сообщили свои теоретические результаты в недавнем выпуске выдающегося журнала Nano Letters .

Источником нового и более точного компьютерного моделирования была гипотеза о том, что отклонения между экспериментом и более ранними моделями были вызваны деталями взаимного отталкивания электронов.

Хотя это кулоновское взаимодействие, которое также имеет место в металлах, на самом деле было примерно включено в предыдущие моделирования, этот эффект намного больше в небольших нанолентах графена и требует всестороннего анализа. Электроны выселяются из своих первичных энергетических состояний и должны «искать» другие места.

Нам удалось доказать, что корреляционные эффекты, обусловленные кулоновским взаимодействием электронов, оказывают существенное влияние на локальный энергетический спектр.

Майкл Бонитц, профессор, Институт теоретической физики и астрофизики, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Форма нанолент определяет их электронные свойства

То, как допустимые значения энергии электронов зависят от ширины, длины и формы наноструктур, было проверено исследователями путем анализа многих таких нанолент. « Энергетический спектр также изменяется при изменении геометрии нанолент, их ширины и формы », – добавляет Джуст.

Впервые наши новые данные позволяют делать точные прогнозы относительно того, как можно управлять энергетическим спектром путем конкретного изменения формы нанолент .

Антти-Пекка Яухо, профессор, Технический университет Дании

Команда считает, что эти прогнозы также будут проверены экспериментально и приведут в движение разработку новых наноструктур. Такие системы могут иметь значительные последствия для дальнейшей миниатюризации электроники.

Источник: http://www.uni-kiel.de/en

Source link