Введение к работе
Актуальность работы. Развитие микроэлектроники идет по пути уменьшения размеров интегральных микросхем и их элементов. Уже сейчас существуют лабораторные образцы будущих элементов наноэлектроники на основе нанотрубок. В нанотрубках реализуются наиболее благоприятные условия для проявления квантовых эффектов, на основе которых могут быть созданы элементы функциональной электроники.
Особый интерес традиционно представляют осцилляционные эффекты. Сюда можно отнести, например, изучение осцилляции фотопроводимости двумерного электронного газа в магнитном поле, магнитотранспортные исследования в холловской геометрии для случая двумерного электронного газа на цилиндрической поверхности и осцилляции маг-нитосопротивления низкоразмерных наноструктур. Исследование магнитного отклика в квазидвумерных структурах позволяет получить важные данные о параметрах энергетического спектра таких структур. Магнитное поле может изменять характер проводимости нанотрубки.
В связи со значительным интересом к исследованию плазменных волн в наноструктурах представляется важным изучение условий распространения и затухания плазменных волн, а также возможных механизмов управления этим затуханием в нанотрубках. Непосредственно с твердотельной плазмой связано явление экранирования кулоновского взаимодействия заряженных частиц в наноструктурах.
Электропроводность - один из важнейших параметров нанотрубок, определяющих возможность их использования в наноэлектронике. В последнее время активно проводится экспериментальное и теоретическое изучение проводимости нанотрубок. Исследования показывают, что для объяснения экспериментальных данных наряду с баллистическим механизмом электронного транспорта следует учесть вклад электрон- фононного рассеяния в сопротивление нанотрубки.
В связи с появившимися сообщениями о наблюдении сверхпроводимости в плоских двумерных электронных системах, а учитывая уже имеющиеся экспериментальные результаты о сверхпроводимости пучков однослойных углеродных нанотрубок, представляется актуальным теоретическое исследование сверхпроводящих свойств таких структур.
Следует отметить, что кроме углеродных нанотрубок на сегодняшний день получены нанотрубки и из других материалов. Это дисульфид вольфрама и другие дихалькоге-ниды, бор - углеродо - нитрид, нитрид - бора, арсенид галлия.
Таким образом, теоретическое изучение электронных свойств нанотрубок представляет несомненный интерес для развития наноэлектроники.
Цель работы. Изучение электрофизических характеристик (магнитных, диэлектрических, проводящих, сверхпроводящих) однослойных нанотрубок во внешних электромагнитных ПОЛЯХ.
Научная новизна работы заключается в установлении новых закономерностей электронных свойств нанотрубок, а именно:
Вычислена энергия обменного взаимодействия двумерного электронного газа на цилиндрической поверхности. Изучен вклад обменного взаимодействия в осцилляции намагниченности нанотрубки.
Развита теория коллективных колебаний 2D электронов в нанотрубках с цилиндрической симметрией в магнитном поле.
Дано квантовое описание явления пространственной и временной дисперсии продольной диэлектрической проницаемости. Построена теория экранирования кулоновского поля точечного заряда в намагниченном электронном газе нанотрубки.
Исследовано влияние неупругого электрон - фононного рассеяния на продольную проводимость нанотрубки во внешнем магнитном поле.
Построена микроскопическая теория сверхпроводимости электронного газа на цилиндрической поверхности в продольном магнитном поле. Исследована зависимость критической температуры и термодинамических величин сверхпроводника от параметра Аа-ронова - Бома
Теоретическая и практическая ценность результатов работы состоит в том, что для двумерных наноструктур с цилиндрической симметрией создан аналитический комплексный подход к описанию электрофизических свойств нанотрубок, который согласуется с имеющимися экспериментальными данными и позволяет целенаправленно планировать экспериментальные исследования. Результаты работы используются в учебном процессе МИЭМ, МГУПИ.
Достоверность научных результатов и выводов диссертации обеспечивается корректной постановкой изучаемых задач и их физической обоснованностью; использованием современных методов квантовой физики, а также их сравнением в предельных случаях с теоретическими и экспериментальными результатами других авторов.
Все изложенные в диссертации результаты получены автором лично или при его непосредственном участии. Автор осуществлял выбор направлений и постановку задач исследований, а также анализ полученных данных.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: VII Российской конференции по физике полупроводников (г. Москва, 2005г.); III Международном симпозиуме "Качество, инновации, образование и CALS-технологии" (г. Шарм-аль Шейх, 2007г); Международном форуме "Новые информационные технологии и менеджмент качества" (г. Шарм-аль Шейх, 2009г); XVIII, XIX и XX Международных совещаниях "Радиационная физика твердого тела" (г. Севастополь, 2008 - 2010гг.); школе - семинаре "Наноструктуры, модели, анализ и управление" (г. Москва, 2008, 2009гг.); XI Международной конференции "Физика диэлектриков" (г. Санкт-Петербург, 2008г); Международном форуме по нанотехнологиям 08. (г. Москва, 2008г).
Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертации, изложены в 26 научных публикациях и 10 тезисах докладов, в том числе в 12 журнальных статьях из перечня ВАКа.
На защиту выносятся
-
Аналитические зависимости вклада обменного взаимодействия в намагниченность нанотрубки.
-
Квантовая теория явления пространственно - временной дисперсии диэлектрической проницаемости нанотрубки.
-
Электрон - фононный механизм продольной проводимости нанотрубки в магнитном поле.
4. Микроскопическая теория сверхпроводимости намагниченной нанотрубки
Структура и объем диссертации. Работа имеет объем 153 стр. машинописного тек
ста, состоит из введения, пяти глав и заключения и списка литературы из 110 наименова
ний; имеет 24 иллюстрации.
