Дослідження впливу зарядових і розмірних ефектів на енергетичні і транспортні характеристики низькорозмірних металевих структур. Принципи виникнення аномальної електрострикції. Модифікація теорії одноелектронного тунелювання крізь металеві квантові точки.
При низкой оригинальности работы "Зарядові і розмірні ефекти в металевих кластерних структурах", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Існуючи теорії описують лише розмірну залежність критичного заряду, але не надають адекватного опису впливу на величину критичного заряду сорту частинок (електрони або іони), що розряджують систему. Розмірні і зарядові ефекти одночасно проявляються і при транспорті носіїв заряду крізь частинки нанометрових масштабів, при цьому має місце ефект кулонівської блокади, покладений в основу дії одноелектронних приладів, актуальність дослідження яких обумовлена пошуком нових механізмів функціонування елементної бази електроніки. Тема дисертаційної роботи повязана з тематикою наукових робіт, що виконувалися на кафедрі мікроелектроніки і напівпровідникових приладів Запорізького національного технічного університету: „Зарядові ефекти в наноструктурах і кластерах” (№ державної реєстрації 0103U000105); „Зарядові і розмірні ефекти в наноструктурах і кластерах” (№ державної реєстрації 0106U000361), в яких здобувач був одним із відповідальних виконавців. дослідити розмірні і температурні залежності хімічного потенціалу, енергії прилипання електронів і потенціалу іонізації заряджених кластерів; зясувати вплив форми кластера на ці залежності; розвинути теорію одноелектронного тунелювання в системі двох послідовно зєднаних тунельних переходів, розділених кластерами різної форми; розрахувати „залишковий” заряд, зясувавши причину його появи, а також вольтамперні характеристики таких структур; встановити природу струмової щілини; розрахунки, де це можливо, зіставити із відомими експериментальними даними.Особливу увагу приділено питанням, що одержали подальший розвиток в дисертаційній роботі: даним по експериментальному вимірюванню потенціалів іонізації кластера (IP) і енергії прилипання електронів (EA), значенням критичного розміру заряджених кластерів, а також результатам досліджень ефектів одноелектронної зарядки в кластерних структурах. Розділ 2 „Модельні розрахунки хімічного потенціалу, енергії прилипання електронів і потенціалу іонізації кластерів” присвячено дослідженню розмірних і температурних залежностей IP, EA, хімічного потенціалу електронів і впливу геометрії кластера на ці характеристики. З виразу (1), узагальнюючи отриманий результат на кластери довільної форми, перший потенціал іонізації кластера IP і енергію прилипання електрона EA можна визначити як (2) Спектр електронів розраховується в моделі прямокутної потенційної ями для кластерів прямокутної (куб), циліндричної і сферичної симетрії. Критерій Релея, як це видно з формули, не враховує тип частинок, якими розряджається кластер (електрони або іони).Досліджено вплив розміру і геометричної форми металевих кластерів на величину потенціалу іонізації, енергії прилипання, хімічного потенціалу електронів, критичного значення розміру заряждених кластерів, а також на одноелектронну зарядку і транспортні характеристики тунельних структур на металевих квантових точках. Для кластерів з числом атомів 10,…, 1000 амплітуди розмірних осциляції лежать в межах від 1.2 до 0.1 ЕВ. Температурна залежність хімічного потенціалу сильно залежить від розміру та форми кластерів і може набувати складного характеру - температурний градієнт може змінювати знак, а рівень потенціалу перетинати реальні енергетичні рівні. Найбільше значення потенціалу іонізації виявляють кластери, форма яких відповідає сфері еквівалентного обєму. Запропоновано модель розмірно залежної кулонівської нестійкості заряджених сферичних металевих кластерів, яка бере до уваги сорт частинки (іон або електрон), що розряджає кластер, а також квантування електронного спектру.
План
. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
Досліджено вплив розміру і геометричної форми металевих кластерів на величину потенціалу іонізації, енергії прилипання, хімічного потенціалу електронів, критичного значення розміру заряждених кластерів, а також на одноелектронну зарядку і транспортні характеристики тунельних структур на металевих квантових точках. Основні результати проведеної роботи наступні: 1. В рамках одночасткових уявлень проведено дослідження потенціалу іонізації та енергії прилипання електронів кластерів Na, Al, Au і Ag. Розраховано їх розмірні і температурні залежності. Для кластерів з числом атомів 10,…, 1000 амплітуди розмірних осциляції лежать в межах від 1.2 до 0.1 ЕВ. Зясовано, що амплітуди осциляцій збільшуються з підвищенням порядку симетрії кластера (циліндрична-кубічна-сферична), оскільки висока ступень виродження енергетичних рівнів збільшує відстань між ними.
2. Досліджено хімічний потенціал електронів в залежності від температури і розміру кластерів. Рівень хімічного потенціалу магічних кластерів при лежить посередині між верхнім зайнятим і нижнім незайнятим рівнями. В немагічних кластерах рівень хімічного потенціалу співпадає із . Температурна залежність хімічного потенціалу сильно залежить від розміру та форми кластерів і може набувати складного характеру - температурний градієнт може змінювати знак, а рівень потенціалу перетинати реальні енергетичні рівні. Така поведінка повністю визначається ієрархією енергетичних рівнів. Величина температурних змін виявляється невеликою порівняно з і швидко зменшується з ростом розміру кластера.
3. Вивчено еволюцію потенціалу іонізації кластера зі зміною його форми від одноатомної пластини до одноатомної нитки (при постійному обємі) для кластерів Na64, Au64, Al1000. В граничних потенціал іонізації виявляється меншим за роботу виходу із напівнескінченого металу. Найбільше значення потенціалу іонізації виявляють кластери, форма яких відповідає сфері еквівалентного обєму. Значення робіт виходу електронів ( ) з нанорозмірних частинок однакового обєму, але різної форми можуть суттєво відрізнятися.
4. Запропоновано модель розмірно залежної кулонівської нестійкості заряджених сферичних металевих кластерів, яка бере до уваги сорт частинки (іон або електрон), що розряджає кластер, а також квантування електронного спектру. Врахування цих чинників призводить до іншої розмірної залежності надлишкового заряду аніж класична схема Релея ( ) і дає кращий збіг з експериментальними значеннями критичного розміру кластерів. Розрахунок проведено для Au, Ag, Na, K, Pb і Cs-кластерів. При розрядженні реалізується не кулонівська фрагментація кластерів, а одночастинкова емісія електрона або іона.
5. Досліджено електрострикцію компонентів системи малих металевих частинок, поміщених в діелектричну матрицю. Теорія вказує на можливість існування ефекту аномальної електрострикції, який полягає в стисканні кластерів при взаємозарядці. Розрахунки виконані для систем Na-Na, Na-Cs, Na-Al. Продемонстровано, що аномальна електрострикція виникає також внаслідок відмінності геометричної форми кластерів, які виготовлені із одного матеріалу.
6. Модифіковано теорію одноелектронного тунелювання. В теорію введено контактну різницю потенціалів між металевою гранулою і зовнішніми електродами. З контактною різницею потенціалів повязано ефективний дробовий заряд гранули. Величина цього заряду для структур Au/AUN/Au на квантових сферах виявляється меншою за елементарний заряд, і більшою за нього для структур на дисках одноатомної товщини.
7. Вперше отримано аналітичний вираз для ширини струмової щілини. Її величина складається не лише з результату кулонівської блокади в результаті зарядки, але й з дискретності спектра і чисел заповнення енергетичних станів. Врахування цього приводить до складної (осцилляційної) залежності ширини струмової щілини від розміру кластерів. Розраховані струмові щілини добре узгоджуються з експериментальними значеннями. Для магічних кластерів струмова щілина значно більша аніж для сусідніх немагічних, що повязано з впливом контактної різниці потенціалів. Дано якісне пояснення характерних немонотонностей ВАХ, повязаних із зміною міжелектродних відстаней в структурі.
4. Pogosov V.V., Kurbatsky V.P., Vasyutin E.V. Energetics of metal slabs and clusters: the rectangle-box model // Phys. Rev. B. - 2005. - V.71. - id. 195410.
5. Погосов В.В., Васютін Є.В. Про струмову щілину вольтамперної характеристики одноелектронного транзистора на металевому кластері // Фізика і хімія твердого тіла. - 2005. - Т.6, №2. - С.299-306.
6. Васютин Е.В., Погосов В.В., Взаимозаряжение и электрострикция в системе малых металлических частиц // Металлофиз. новейшие технол. - 2005. - Т.27, №10. - C.1387-1394.
7. Pogosov V.V., Vasyutin E.V. Effects of charging and tunneling in a structure based on magic and non-magic metal clusters // Nanotechnology - 2006. - V.17. - P.3366-3374.
8. Погосов В.В., Васютин Е.В., Курбацкий В.П., Коротун А.В. Эффекты одноэлектронной зарядки в туннельной структуре на металлическом кластере // ФТТ. - 2006. - Т.48, №10. - С.1849-1857.
11. Васютин Е.В., Погосов В.В. Электрострикция в нанокомпозитах // Материалы 17 Междунар. конф. “Взаимодействие ионов с поверхностью”. -Том 2. - Звенигород: МАИ. - 2005. - С.145-148.
12. Васютин Е.В., Погосов В.В. Модельные вычисления температурной и размерной зависимости потенциала ионизации кластеров и энергии прилипания электронов // Тезисы докладов 25 Междунар. конф. По физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. - Москва: Изд-во УНЦ ДО. - 2005. - С.53.
13. Korotun A.V., Vasyutin E.V, Pogosov V.V Fractional charge of the quantum dot in contact // Proceedings of the “1 International conference “Electronics and applied physics” - Kyiv: Taras Shevchenko National University of Kiev. - 2005. - P.62-63.
14. Погосов В.В., Васютин Е.В., Коротун А.В., Влияние квантово-размерных эффектов на характеристики одноэлектронного туннелирования // Тез. докл. 26 Междунар. конф. По физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. - Москва: МГУ НИИ ЯФ. - 2006. - С.26.
15. Pogosov V.V., E.V. Vasyutin, Babich A.V., Korotun A.V. Current gap of single-electron molecular transistors // Materials of the International meeting „Clusters and nanostructured” - Uzhgorod. - 2006. - P.53.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
