Доклады

Исследование электронной структуры ультракороткой углеродной нанотрубки (0, 9) в электрическом поле численными методами

Авдеев Д.В., Тучин А.В., Битюцкая Л.А.

Россия, Воронежская обл., пгт Каменка, ул. Суворова, д.6

Многие из перспективных направлений в материаловедении, микро- и наноэлектронике связываются в последнее время с фуллеренами и ультракороткими углеродными нанотрубками (ук-ОУНТ) [1, 2]. При этом, электронная структура нанотрубок в случае внешнего воздействия остается малоизученной [3]. Поэтому целью работы является теоретическое исследование зависимостей фундаментальных параметров ук-ОУНТ от длины и напряженности электрического поля.

Объектами исследования являются ук-ОУНТ (0, 9) симметрией D3, D3h/D3d длиной 0.7–2.6 нм. Интервал напряженностей внешнего электрического поля E = 0 – 0.5 В/Å. Метод исследования – DFT (Теория функционала плотности) [3] в приближении локальной спиновой плотности LSDA, базис 3-21*G. Расчеты проводились с использованием программного комплекса Gaussian09.

Во внешнем электрическом поле ук-ОУНТ поляризуется. С увеличением напряженности поля значения дипольного момента ук-ОУНТ длиной 2.7нм изменяются от 0 до 170 Дебай, величина эффективного заряда находится в интервале от 0.03 до 0.065 е. В сильном электрическом поле происходит расщепление энергетических уровней, вследствие эффекта Штарка. Величина смещения вниз энергии низшей свободной молекулярной орбитали (НСМО) ук-ОУНТ D3 и D3h/D3d симметрии составляет 0.1 и 0.2 эВ, 0.5 и 0.7 эВ в электрическом поле напряженностью 0.2, 0.5 В/Å соответственно. Величина зазора между граничными орбиталями при напряженности E = 0.5 В/Å изменяется от 0.32 до 0 эВ (D3 симметрия) и от 0.7 до 0.01 эВ (D3h/D3h симметрия). Т.о., в сильном электрическом поле происходит индуцированный переход полупроводник–металл, что может использоваться для создания электронных ключей, бесконтактных датчиков напряженностей электрического поля.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №14-02-31315 мол_а.

Литература.

1. Sanchez-Valencia J. R., et al. Controlled synthesis of single-chirality carbon nanotubes // Nature Letters. Vol. 512, 2014, p. 61.

2. Liu L., et al. Ultrashort Single-Walled Carbon Nanotubes in a Lipid Bilayer as a New Nanopore Sensor // Nature Comm. Vol. 4, 2013, p. 3989.

3. Kim C., et al. Obervation of ultraviolet rotational band contours of the DNA base adenine: Determination of the transition moment// Phys. Rev. B. Vol. 65, 2002, p. 165418.

• тезисы на русском языке (PDF)