Введение к работе
Актуальность работы. Развитие нанотехнологий стимулирует широкую исследовательскую деятельность, направленную на теоретическое и экспериментальное исследование электронных свойств наноструктур во внешних электромагнитных полях.
Многообразие физических явлений, предсказываемых в наноструктурах, связано как с размерами и топологическими свойствами области, в которой движутся частицы, так и с учетом влияния внешнего поля. В нанообъектах реализуются наиболее благоприятные условия для проявления квантовых эффектов, на основе которых могут быть созданы новые элементы функциональной электроники. В связи с этим основным инструментом теоретических исследований становятся методы квантовой теории поля и квантовой статистической физики в интенсивном внешнем поле.
Анализ экспериментальных данных показывает, что наряду с баллистическим механизмом электронного транспорта, изучение вклада электрон-фононного рассеяния в сопротивление нанотрубки представляет не только теоретический, но и важный практический интерес. До недавнего времени, при вычислении вклада электрон-фононного рассеяния в электропроводность нанотрубок и квантового кольца, фононный спектр считался либо изотропным, либо рассматривался простейший случай одномерного движения электронов вдоль нанотрубки в отсутствие продольного магнитного поля. Актуальным представляется решение этой задачи с учетом размерного ограничения фононов и влияния магнитного поля.
Интерес к проблеме поверхностной сверхпроводимости, поставленной в работах Гинзбурга В. Л. и Киржница Д.А., существенно возрос после получения графена и нанотрубок. Магнитное поле, приложенное к наноструктурам, создает новые возможности для изучения сверхпроводимости наноструктур. В графене явление сверхпроводимости экспериментально пока не наблюдалось. В то же время явление сверхпроводимости наблюдается в углеродных нанотрубках, разные типы которых представляют собой свернутый определенным образом лист графена. Теоретическому изучению сверхпроводимости нанотрубок в свободном случае уделяется большое внимание, как об этом свидетельствуют недавние обзоры по электронным свойствам нанотрубок. В литературе появились результаты измерений намагниченности пучка однослойных углеродных нанотрубок в сверхпроводящем состоянии. В связи с этим актуально теоретическое исследование и термодинамических свойств сверхпроводящей нанотрубки в магнитном поле.
В последнее время существенный прогресс достигнут при изучении свойств плазменных волн в наноструктурах с цилиндрической симметрией. Для современной литографической техники нанометровые масштабы стали вполне доступными, а фермиевская длина волны электронов в типичных двумерных системах порядка 10-30 нм. В связи с этим актуальным стал вопрос о поведении дисперсионных кривых квазиодномерных и двумерных плазмонов в квантовой коротковолновой области, когда нельзя пренебрегать пространственной дисперсией и пользоваться полученными ранее квазиклассическими результатами. Особый интерес представляет изучение влияния внешнего магнитного поля на явление экранировки кулонов-ского взаимодействия заряженных частиц в нанотрубках.
Широкое применение при теоретических исследованиях электронных свойств однослойных нанотрубок находит используемая и в диссертационной работе модель квантового цилиндра.
Цель работы. Теоретическое изучение и установление новых закономерностей электронных свойств однослойных нанотрубок во внешних электромагнитных полях.
Научная новизна. Применение современных методов квантовой статистической физики позволило изучить сверхпроводящие свойства квантового цилиндра в продольном магнитном поле и получить новые результаты - исследовать эффект осцилляции Литтла-Паркса, а также впервые предсказанные в работе осцилляции критической температуры, параметром которых является отношение энергии Ферми к энергии размерного конфайнмента.
Получены аналитические формулы, описывающие осцилляции Ааронова-Бома экранированного кулоновского поля неподвижного точечного заряда, находящегося на поверхности квантового цилиндра. Дано аналитическое описание явления экранировки в случае больцма-новского электронного газа.
В приближении времени релаксации с учетом размерного ограничения фононов и влияния магнитного поля изучен вклад электрон-фононного рассеяния в электропроводность нанот-рубки.
Научная и практическая ценность работы. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы в дальнейших теоретических исследованиях электронных свойств нанотрубок, а также при разработке методов целенаправленного формирования и вариации электрофизических свойств наноструктур в интенсивных внешних полях.
Положения, выносимые на защиту:
1. Электрон-фононный механизм проводимости квантового цилиндра в магнитном поле.
Теория сверхпроводимости намагниченного электронного газа квантового цилиндра и осцилляции критической температуры в свободном случае.
Аналитические результаты для потенциала кулоновского поля точечного заряда в намагниченном электронном газе квантового цилиндра.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: ежегодной научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов (г. Москва, МГИЭМ, 2008г, 2009г); XIX и XX Международных совещаниях "Радиационная физика твердого тела" (г. Севастополь, 2009г, 20 Юг); школе - семинаре "Наноструктуры, модели, анализ и управление" (г. Москва, 2009г); Международном форуме по нанотехнологиям 08 (г. Москва, 2008г); научном семинаре кафедры общей физики МГОУ (г. Москва, 2011 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 6 работ из списка ВАК.
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 101 стр. машинописного текста, иллюстрируется 13 рисунками и состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 98 наименований.
