Conducción balística en nanotubos de carbono de pared simple
Los nanotubos de carbono de pared simple en los campos de la mecánica cuántica y la nanoelectrónica tienen la capacidad de conducir electricidad. Esta conducción puede ser balística , difusiva o basada en la dispersión. Cuando la conductancia es de naturaleza balística, se puede tratar como si los electrones no experimentaran dispersión.
La conducción en nanotubos de carbono de pared simple se cuantifica debido a su unidimensionalidad y el número de estados electrónicos permitidos es limitado, en comparación con el grafito a granel. Los nanotubos se comportan en consecuencia como cables cuánticos y los portadores de carga se transmiten a través de canales de conducción discretos. Este mecanismo de conducción puede ser de naturaleza balística o difusiva, o basado en túneles. Cuando son conducidos balísticamente, los electrones viajan a través del canal de los nanotubos sin experimentar dispersión .debido a impurezas, defectos locales o vibraciones de la red. Como resultado, los electrones no encuentran resistencia y no se produce disipación de energía en el canal de conducción. Para estimar la corriente en el canal de nanotubos de carbono, se puede aplicar la fórmula de Landauer, que considera un canal unidimensional, conectado a dos contactos: fuente y drenaje.
Suponiendo que no hay dispersión y contactos ideales (transparentes), la conductancia del sistema unidimensional está dada por G = G 0 NT, donde T es la probabilidad de que un electrón se transmita a lo largo del canal, N es el número de canales disponibles para el transporte, y G 0 es el cuanto de conductancia 2e 2 /h = (12.9kΩ) −1 . Los contactos perfectos, con reflexión R = 0 y sin retrodispersión a lo largo del canal dan como resultado una probabilidad de transmisión T = 1 y la conductancia del sistema se convierte en G = (2e 2 /h) N. Por lo tanto, cada canal contribuye con 2G 0 a la conductancia total . [1] Para nanotubos de sillón metálico, hay dos subbandas, que cruzan el nivel de Fermi , y para nanotubos semiconductores, bandas que no cruzan el nivel de Fermi. Por lo tanto, hay dos canales conductores y cada banda acomoda dos electrones de espín opuesto. Por tanto, el valor de la conductancia es G = 2G 0 = (6,45 kΩ) −1 . [2]
En un sistema no ideal, T en la fórmula de Landauer se reemplaza por la suma de las probabilidades de transmisión para cada canal de conducción. Cuando el valor de la conductancia del ejemplo anterior se acerca al valor ideal de 2G 0 , se dice que la conducción a lo largo del canal es balística. Esto sucede cuando la longitud de dispersión en el nanotubo es mucho mayor que la distancia entre los contactos. Si un nanotubo de carbono es un conductor balístico, pero los contactos no son transparentes, la probabilidad de transmisión, T, se reduce por retrodispersión en los contactos. Si los contactos son perfectos, la T reducida se debe únicamente a la retrodispersión a lo largo del nanotubo. Cuando la resistencia medida en los contactos es alta, se puede inferir la presencia de bloqueo de Coulomb y líquido de Luttinger.Comportamiento a diferentes temperaturas. La baja resistencia de contacto es un requisito previo para investigar los fenómenos de conducción en CNT en el régimen de alta transmisión.
Cuando el tamaño del dispositivo CNT escala con la longitud de coherencia electrónica, el patrón de interferencia que surge al medir la conductancia diferencial en función del voltaje de la puerta se vuelve importante en el régimen de conducción balística en los CNT . [3] Este patrón se debe a la interferencia cuántica de electrones reflejados de forma múltiple en el canal CNT. Efectivamente, esto corresponde a un resonador de Fabry-Perot, donde el nanotubo actúa como una guía de ondas coherente y la cavidad resonante se forma entre las dos interfaces del electrodo de CNT. Se han observado transporte de fase coherente, interferencia de electrones y estados localizados en forma de fluctuaciones en la conductancia en función de la energía de Fermi.
