[논문 리뷰] Resonant versus anti-resonant tunneling at carbon nanotube A-B-A heterostructures

Natalio Mingo, Yang Liu외 2명|arXiv (Cornell University)|2001. 10. 11.

Carbon Nanotubes in Composites참고 문헌 17인용 수 40

한 줄 요약

이 논문은 A-B-A 탄소 나노튜브 이종구조에서 공진 및 반공진 터널링을 조사하며, (n,n)(2n,0)(n,n) 시스템은 단순 공진 터널링(SRT)을 보이며, (2n,0)(n,n)(2n,0) 시스템은 전송이 0인 완벽한 반공진을 나타낸다. 주요 기여는 나노튜브 장치에서 이전에 간과되었던 반공진 터널링 현상을 식별한 것으로, 중심부의 대칭성과 채널 디세너지에 의해 지배된다.

ABSTRACT

Narrow antiresonances going to zero transmission are found to occur for general (2n,0)(n,n)(2n,0) carbon nanotube heterostructures, whereas the complementary configuration, (n,n)(2n,0)(n,n), displays simple resonant tunneling behaviour. We compute examples for different cases, and give a simple explanation for the appearance of antiresonances in one case but not in the other. Conditions and ranges for the occurence of these different behaviors are stated. The phenomenon of anti-resonant tunneling, which has passed unnoticed in previous studies of nanotube heterostructures, adds up to the rich set of behaviors available to nanotube based quantum effect devices.

연구 동기 및 목표

• 금속성 (n,n) 및 반도체성 (2n,0) 나노튜브로 구성된 A-B-A 탄소 나노튜브 이종구조의 전자 이동성을 조사하기 위해.
• 이 시스템에서 단순 공진 터널링(SRT) 대비 반공진 터널링(ART)이 발생하는 조건을 규명하기 위해.
• 특히 (2n,0)(n,n)(2n,0) 접합에서 완벽한 전송 최소값(반공진)이 나타나는 이유를 설명하기 위해.
• 나노튜브 기반 양자 효과 장치의 설계 규칙을 수립하기 위해 편향 벡터의 대칭성과 채널 디세너지의 역할을 규명하기 위해.
• 이전에 간과되었던 반공진 터널링이 나노튜브 장치에서 조절 가능한 양자 행동의 범위를 크게 확장시킨다는 것을 입증하기 위해.

제안 방법

• 회전 대칭성을 유지하면서 (n,n) 및 (2n,0) 펜타곤-헤프타곤 결함을 이용해 직선 A-B-A 이종구조를 구성하였다.
• 전자 구조 계산 이전에 접합 기하구조를 최적화하기 위해 분자 동역학를 이용한 리aksation을 수행하였다.
• 선형 원자 오비탈(LCAO) 방법과 비평형 그린 함수 형식을 사용하여 전도도를 계산하였다.
• 랜더-뷔티커 형식을 통해 전송 확률을 유도하였으며, 전도도 σ = (8e/h) Tr[D11ρ11T12D†22ρ†21T†22] 관계를 사용하였다. 여기서 D 및 ρ는 후행 그린 함수와 관련이 있다.
• 간섭 효과를 분석하기 위해 정점 에너지와 결합 상수를 갖는 효과적 双사슬 모델로 시스템을 단순화하였다.
• 대칭성 논증과 각운동량 채널(L = ±1)을 사용하여 대칭적 구성에서 반공진이 나타나는 이유를 설명하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 A-B-A 탄소 나노튜브 이종구조에서 전송이 0인 반공진 터널링이 발생하는 조건은 무엇인가?
• RQ2 (2n,0)(n,n)(2n,0) 구성에서 반공진이 나타나는 반면, (n,n)(2n,0)(n,n) 구성에서는 단지 공진 터널링만 나타나는 이유는 무엇인가?
• RQ3 횡방향 채널의 디세너지(L = ±1)가 전도도 스펙트럼에서 반공진의 형성에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ4 회전 대칭성이 이러한 이종구조에서 간섭 패tern과 전송 행동을 결정하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 단일 접합의 전도도로 이 행동을 예측할 수 있으며, 다중 채널은 이 예측에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• (2n,0)(n,n)(2n,0) 이종구조는 특정 에너지에서 간섭에 의한 완전한 반공진을 보이며 전송이 0이 된다.
• 반대로, (n,n)(2n,0)(n,n) 구성은 전송 피크가 2G₀까지 도달하여 패브리-페로 유사 행동을 나타낸다.
• 반공진은 중심부의 (n,n) 섹션이 두 개의 디세너지 채널(L = ±1)을 가질 때에만 발생하며, 이는 완전한 간섭 소멸을 가능하게 한다.
• (2n,0)(n,n)(2n,0) 시스템의 전도도는 중심 (n,n) 섹션의 길이에 민감하지 않으며, 반공진 행동의 강건성을 나타낸다.
• (n,n)(2n,0)(n,n) 시스템의 경우, n이 6의 배수일 때 SRT 범위가 최대가 되며, n = 6j + 3 인 경우 SRT 범위가 존재하지 않는다.
• 이론적 모델링은 반공진이 표준 SRT 공식에 의해 포착되지 않음을 확인하였으며, 이는 본질적으로 다른 물리적 메커니즘이 있음을 시사한다.