[論文レビュー] Effect of laser on thermopower of chiral carbon nanotube

S. Y. Mensah, Anthony Twum+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2011

Carbon Nanotubes in Composites参考文献 17被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、タイトバインディング近似から導かれたエネルギー分散を用いたボルツマン運動方程式のアプローチにより、ヘリカルなカーボンナノチューブ（CNT）におけるレーザー誘発の熱電力の変調を調査している。結果として、レーザー放射の下で熱電力が振動することが示され、4.6 × 10⁷ V/mを超える臨界閾値で熱電力が著しく低下する。さらに、軸方向および周方向の不純度（δz および δs）を変化させることで、熱電力の符号が正から負に反転することが分かった。

ABSTRACT

An investigation of laser stimulated thermopower in chiral CNT is presented. The thermopower of a chiral CNT is calculated using a tractable analytical approach. This is done by solving the Boltzmann kinetic equation with energy dispersion relation obtained in the tight binding approximation to determine the electrical and thermal properties of chiral carbon nanotubes. The differential thermoelectric power α along the circumferential and axial axes are obtained. The results obtained are numerically analyzed and α is found to oscillate in the presence of laser radiations. We have also noted that Laser source above 4.6 x 107V/m lowered the thermopower otherwise there is no change. Varying delta s and delta z the thermopower changes from positive to negative.

研究の動機と目的

• ヘリカルなカーボンナノチューブにおけるレーザー放射の熱電力への影響を調査すること。
• 外部レーザー場がナノスケールのカーボン系における熱電気的応答をどのように変化させるかを理解すること。
• 構造的不純度（δz および δs）が熱電力の方向および大きさをどのように制御するかを分析すること。
• ヘリカル CNT におけるレーザー励起と熱電力の振動行動を結びつける解析的フレームワークを提供すること。

提案手法

• タイトバインディング近似から得られるエネルギー分散を用いて、ボルツマン運動方程式を解く。
• レーザー放射下におけるヘリカル CNT の電気的および熱的輸送特性をモデル化する。
• 軸方向および周方向の微分熱電力（α）を計算する。
• 最大 4.6 × 10⁷ V/m の振幅のレーザー場を用いて外部摂動を模擬する。
• 熱電力がレーザー強度および構造的不純度パラメータ（δz、δs）に依存する様子を数値的に分析する。
• 周期的レーザー励起下での熱電力の振動挙動を導出する解析的式を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 レーザー放射はヘリカルなカーボンナノチューブの熱電力にどのように影響を与えるか？
• RQ2 どの程度のレーザー電場強度で熱電力が著しく低下し始めるか？
• RQ3 構造的不純度（δz および δs）を変化させることで、ヘリカル CNT における熱電力の符号を反転させることができるか？
• RQ4 レーザー励起下での熱電力の振動の性質は何か？
• RQ5 軸方向および周方向の輸送特性は、レーザー場に対してどのように異なる応答を示すか？

主な発見

• ヘリカル CNT がレーザー放射にさらされると、熱電力が振動的挙動を示す。
• 4.6 × 10⁷ V/m を超えるレーザー場では熱電力が著しく低下し、閾値効果が顕著に現れる。
• 軸方向（δz）および周方向（δs）の不純度パラメータを変化させることで、熱電力が正から負に変化する。
• 熱電力の振動は、ヘリカル CNT における電子輸送のレーザー誘発変調に起因する。
• 熱電力の軸方向および周方向成分は、レーザーおよび不純度パラメータに対して異なる応答を示す。
• ボルツマン方程式に基づく解析的モデルは、レーザー強度および構造的不純度に伴う熱電力の非単調な依存関係を的確に捉えている。