Квантово-размерные изоляторы 

Рудольф Александрович Браже, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики, Ульяновский государственный технический университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32), brazhe@ulstu.ru

 Актуальность и цели. Управляемые фазовые переходы типа «металл – изолятор», обусловленные какой-либо формой локализации свободных носителей заряда в ограниченной области пространства, представляют значительный интерес с точки зрения возможностей создания различных переключателей, реле, логических элементов и других электронных компонентов. Цель настоящей работы – исследовать возможности квантово-размерного перехода металлических графеновых нанолент и углеродных нанотрубок в обычные (не топологические) двумерные изоляторы, не имеющие краевых состояний электропроводности. Материалы и методы. Объектами исследования являлись графеновые наноленты с краями типа «зигзаг» и углеродные нанотрубки с торцами типа «кресло», обладающие металлическими свойствами. В работе использовались известные аналитические методы квантовой физики и зонной теории твердого тела применительно к наномасштабным 2D кристаллическим структурам. Результаты. Показано, что фазовый переход указанных нанопроводников в изоляторы наблюдается при их поперечных размерах, меньших некоторого критического значения. При температурах, близких к комнатной, для графеновой наноленты это значение составляет 5,0 нм, а для углеродной наноленты 3,2 нм. Выводы. Возможность ультраузких графеновых нанолент с краями типа «зигзаг» переходить в состояние квантово-размерного полупроводника и даже диэлектрика позволяет создать совершенно новый класс сверхминиатюрных, быстродействующих устройств для наноэлектроники, нанофотоники и нанокомпьютинга. Работая в режиме баллистических токов при комнатной температуре, они не будут требовать охлаждения, зато будут отличаться низким энергопотреблением, возможностью легко интегриро-ваться в двумерные электронные схемы с большой плотностью компоновки.

Ключевые слова

графен, углеродная нанотрубка, квантово-размерные эффекты, металл, полупроводник, диэлектрик

 Скачать статью в формате PDF

Для цитирования:

Браже Р. А. Квантово-размерные изоляторы // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2023. № 1. С. 115–127. doi: 10.21685/2072-3040-2023-1-10