[論文レビュー] Coupling of carbon nanotubes to metallic contacts

M. P. Anantram, Supriyo Datta+1 more|Jul 23, 1999

Carbon Nanotubes in Composites被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、タイトバインディング法を用いてカーボンナノチューブと金属の界面における電子輸送をモデル化し、秩序のある界面ではkベクトル保存が結合効率を支配することを示している。主な結果として、接触長に比例した導電度のスケーリング、および顕著な結合を示すために必要な臨界フェルミ波数のヘリシティ依存性が得られ、不規則性は運動量保存の要件を緩和することで輸送を向上させることを示している。

ABSTRACT

The modeling of carbon nanotube-metal contacts is important from both basic and applied view points. For many applications, it is important to design contacts such that the transmission is dictated by intrinsic properties of the nanotube rather than by details of the contact. In this paper, we calculate the electron transmission probability from a nanotube to a free electron metal, which is side-contacted. If the metal-nanotube interface is sufficiently ordered, we find that k-vector conservation plays an important role in determining the coupling, with the physics depending on the area of contact, tube diameter and chirality. The main results of this paper are: (i) conductance scales with contact length, a phenomena that has been observed in experiments and (ii) in the case of uniform coupling between metal and nanotube, the threshold value of the metal Fermi wave vector (below which coupling is insignificant) depends on chirality. Disorder and small phase coherence length relax the need for k-vector conservation, thereby making the coupling stronger.

研究の動機と目的

• カーボンナノチューブ-金属界面における基本的な電子輸送メカニズムを理解すること。
• 界面の秩序度および幾何的パラメータが電子透過確率に与える影響を特定すること。
• 内在的なナノチューブ特性が接触特有の散乱に優位に働く条件を同定すること。
• kベクトル保存が結合強度を決定づける役割を定量化すること。
• 不規則性および位相コherー二ンスが接触導電度に与える影響を評価すること。

提案手法

• 金属リザーバーからサイドコンタクト幾何学におけるカーボンナノチューブへの電子輸送を記述するためにタイトバインディングモデルを用いる。
• 非平衡グリーン関数法を用いたランドアウアー＝ビュッティカー形式により透過確率を計算する。
• モデルはナノチューブのヘリシティ、直径、接触面積を、結合に影響を与える主要なパラメータとして組み込む。
• 実際の界面欠険を模倣するために、ランダムなオンサイトポテンシャルを不規則性の影響として導入する。
• 位相コherー二ンス長を変化させることで、kベクトル保存要件の緩和に与える影響を評価する。
• 金属のフェルミ波数を系統的に変化させ、顕著な結合のための閾値を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 kベクトル保存は、カーボンナノチューブ-金属界面における電子透過にどのように影響するか？
• RQ2 接触導電度はナノチューブの直径、ヘリシティ、接触長にどのように依存するか？
• RQ3 界面の不規則性は、電子結合における運動量保存要件にどのように影響するか？
• RQ4 結合が無視できるようになる臨界フェルミ波数は何か？
• RQ5 位相コherー二ンス長は、不規則な接触における結合強度をどのように調節するか？

主な発見

• 導電度は接触長に線形に比例し、ナノチューブフィールド効果トランジスタの実験的観察と整合的である。
• 結合が無視できるようになる臨界フェルミ波数が存在し、これはナノチューブのヘリシティに依存する。
• 均一な結合の場合は、金属のフェルミ波数がナノチューブの電子構造によって決定される臨界値を下回っていると、結合強度が強く抑制される。
• 界面の不規則性はkベクトル保存要件を緩和し、より強く、より頑健な結合をもたらす。
• 位相コherー二ンス長が小さいと、運動量保存の重要性が低下し、波数不一致に対しても透過が向上する。
• 金属とナノチューブの波数マッチングが最適である場合に透過確率が最大となり、特に特定のヘリシティを持つ金属ナノチューブにおいて顕著である。