カーボンナノチューブにおける電子状態制御と量子輸送現象の理論

碳纳米管电子态控制理论和量子输运现象

• 批准号: 17740184
• 负责人: 鈴浦 秀勝
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17740184/
• 关键词: カーボンナノチューブ; グラフェン; 電気伝導; 磁気抵抗; アンダーソン局在; 電子・格子相互作用

カーボンナノチューブの不純物散乱に起因する磁気伝導度を強束縛模型に基づき数値的に計算した.常に金属であるアームチェア型と金属と半導体のどちらかの伝導性を示すジグザグ型について調べた結果,金属と半導体で結果を分類できるとした研究計画時の予想とは異なり,アームチェアとジグザグという型による分類が可能であることが明らかになった.磁場がチューブ軸と平行な場合,常に金属となるアームチェアナノチューブに対しては磁場を増大することにより伝導率が低下,つまり,正の磁気抵抗が得られた.これは,ゼロ磁場において不純物ポテンシャルによる後方散乱が抑制される機構が破れることによる.対照的に,金属ジグザグナノチューブでは10テスラ程度の強磁場であっても伝導率は増大し,負の磁気抵抗を得る.このチューブの構造に依存した振る舞いは有効質量方程式によれば電子のエネルギー分散の異方性を与える高次の補正項により説明される.その補正項はアームチェア型の場合には先に述べた後方散乱抑制機構に影響を与えないが,ジグザグ型では,小さいながらも,散乱を生む原因となる.軸に平行な磁場はこの補正項を相殺し,散乱を減少させることで負の磁気抵抗を生じる.半導体ジグザグチューブの場合も同様に,エネルギーギャップを生む有効磁束と印加した磁束が相殺することで負の磁気抵抗が実現する.磁場がチューブ軸と直交する時はアームチェア・ジグザグのどちらの場合も伝導率は減少し,正の磁気抵抗が得られた.これはランダウ準位の形成過程で分散が平坦化し,電子の群速度が低下することが原因と考えられる.以上の結論から,カーボンナノチューブの磁気伝導はその構造,つまり,電子状態の構造に依存する高次補正項により多彩な振る舞いを示すことが明らかとなり,通常の電子系で期待される普遍的な振る舞いが実験で得られない事実を説明する理論となりうる.

我们基于强结合模型对碳纳米管中杂质散射引起的磁导率进行了数值计算。我们研究了扶手椅型（始终为金属）和锯齿型（与预期相反），其表现出金属或半导体的导电性。在研究计划可以按类型和半导体对结果进行分类的时候，很明显可以按扶手椅和锯齿形类型对结果进行分类。当磁场平行于管轴时，结果始终是金属。扶手椅纳米管通过增加磁场，电导率降低，即获得正磁阻，这是因为在零磁场下抑制反向散射的机制被破坏，相反，在金属锯齿状纳米管中，电导率甚至增加。在约10特斯拉的强磁场中，产生负磁阻。根据有效质量方程，这种取决于管结构的行为是由于电子能量色散的各向异性引起的高阶校正项。这给了在扶手椅型的情况下，校正项不会影响上述反向散射抑制机制，但在锯齿型的情况下，它会引起散射，尽管它抵消了该校正项并减少了散射。类似地，在半导体锯齿形管的情况下，当产生能隙的有效磁通量和施加的磁通量相互抵消时，就会实现负磁阻。当磁场垂直于管轴时，是扶手椅根据上述结论，在两种锯齿形情况下，电导率均下降，并且获得了正磁阻，这被认为是由于朗道能级形成过程中色散的平坦化和电子群速度的降低所致。 、碳纳米管已经清楚的是，由于取决于其结构（即电子态结构）的高阶校正项，磁导表现出多种行为，并且无法获得普通电子系统中预期的普遍行为。这可以通过实验来解释。

项目成果

Anderson localization in semiconducting carbon nanotubes

• DOI: 10.1016/j.physe.2007.09.047
• 发表时间: 2008-03-01
• 期刊: PHYSICA E-LOW-DIMENSIONAL SYSTEMS & NANOSTRUCTURES
• 影响因子: 3.3
• 作者: Suzuura, Hidekatsu;Yonezawa, Norifumi
• 通讯作者: Yonezawa, Norifumi

Quantum transport in carbon nanotubes and graphenes

碳纳米管和石墨烯中的量子传输

• 发表时间: 2007
• 作者: Yamauchi;S.;Ueno;M.;Koyama;K.;Bamba;A.;T.K.Onishi et al.;M.Belleguic et al.;Y. Utsuno;Y. Utsuno;Y. Utsuno;Y. Utsuno;N. Yonezawa;V.I. Falko;K. Kechedzhi;E.McCann;H.Suzuura;Hidekatsu Suzuura;H. Suzuura
• 通讯作者: H. Suzuura

Conductance of twisted carbon nanotubes

扭曲碳纳米管的电导率

• 发表时间: 2006
• 期刊: Physica E 34
• 作者: Yamauchi;S.;Ueno;M.;Koyama;K.;Bamba;A.;T.K.Onishi et al.;M.Belleguic et al.;Y. Utsuno;Y. Utsuno;Y. Utsuno;Y. Utsuno;N. Yonezawa;V.I. Falko;K. Kechedzhi;E.McCann;H.Suzuura
• 通讯作者: H.Suzuura

Weak Localization in Graphene

• DOI: 10.13140/rg.2.1.2850.7609
• 发表时间: 2011-01-01
• 期刊: Ph.D. Thesis
• 作者: Kliman, A.

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