[论文解读] Coupling of carbon nanotubes to metallic contacts

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

Carbon Nanotubes in Composites被引用 12

一句话总结

本文采用紧束缚模型研究了碳纳米管-金属接触中的电子输运，表明k-矢量守恒决定了有序界面中的耦合效率。主要结果包括电导随接触长度线性增长，以及存在一种与手性相关的临界费米波矢阈值，超过该阈值时耦合才显著；此外，无序通过放松动量守恒要求，增强了传输效率。

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.

研究动机与目标

• 理解碳纳米管-金属界面处基本的电子输运机制。
• 确定界面有序性和几何参数如何影响电子透射概率。
• 识别本征纳米管性质主导于接触特异性散射的条件。
• 量化k-矢量守恒在决定耦合强度中的作用。
• 评估无序与相位相干性对接触电导的影响。

提出的方法

• 采用紧束缚模型描述金属库向碳纳米管在侧向接触几何结构下的电子输运。
• 利用非平衡格林函数方法结合Landauer-Büttiker形式，计算透射概率。
• 模型将纳米管的手性、直径和接触面积作为影响耦合的关键参数。
• 通过引入随机局域势能来模拟真实界面缺陷，表征无序的影响。
• 改变相位相干长度，以评估其对放松k-矢量守恒要求的影响。
• 系统性地调节金属的费米波矢，以确定显著耦合的临界阈值。

实验结果

研究问题

• RQ1 k-矢量守恒如何影响碳纳米管-金属界面处的电子透射？
• RQ2 接触电导如何依赖于纳米管直径、手性和接触长度？
• RQ3 界面无序如何影响电子耦合中动量守恒的需求？
• RQ4 金属的临界费米波矢是多少，低于该值时耦合可忽略不计？
• RQ5 相位相干长度如何调制无序接触中耦合强度？

主要发现

• 电导随接触长度线性增长，与碳纳米管场效应晶体管的实验观测一致。
• 存在一个临界费米波矢阈值，低于该值时纳米管的耦合可忽略不计，且该阈值取决于纳米管的手性。
• 在均匀耦合条件下，除非金属的费米波矢超过由纳米管电子结构决定的临界值，否则耦合强度将被强烈抑制。
• 界面无序放松了k-矢量守恒的要求，从而实现更强且更鲁棒的耦合。
• 较短的相位相干长度降低了动量守恒的重要性，即使在波矢不匹配的情况下也能增强透射。
• 当金属与纳米管之间的波矢匹配最优时，透射概率达到最大，尤其在特定手性的金属型纳米管中更为显著。