ایران ترجمه – مرجع مقالات ترجمه شده دانشگاهی ایران

مطالعه اصول اول خواص انتقالی الکترونی نانوبادهای کربنی

مطالعه اصول اول خواص انتقالی الکترونی نانوبادهای کربنی

مطالعه اصول اول خواص انتقالی الکترونی نانوبادهای کربنی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

 

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی
مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه ۲۰ الی ۱۰۰% رایگان مقالات ترجمه شده

۱- قابلیت مطالعه رایگان ۲۰ الی ۱۰۰ درصدی مقالات ۲- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر ۳ فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر

 

مقالات ترجمه شده شیمی - ایران ترجمه - irantarjomeh

 

شماره
۳۳
کد مقاله
CHEM33
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
دکتر حسین دشتی
نام فارسی
مطالعه اصول اول خواص انتقالی الکترونی نانوبادهای کربنی
نام انگلیسی
First-principles study of the electronic transport properties of the carbon nanobuds
تعداد صفحه به فارسی
۱۴
تعداد صفحه به انگلیسی
۵
کلمات کلیدی به فارسی
نانوباد (nanobud), نانو لوله کربنی تک دیواره, تئوری تابع چگالی, تابع گرین غیر تعادلی , انتقال الکترونیکی
کلمات کلیدی به انگلیسی
Carbon nanobud, Single-walled carbon nanotube
Density functional theory, Non-equilibrium Green’s function, Electronic transport
مرجع به فارسی
کالج علوم, دانشگاه جینان, چین
کالج فیزیک, لابراتوار مواد بلوری, دانشگاه شندانگ, چین
کالج فیزیک, دانشگاه جینینگ, چین, الزویر
مرجع به انگلیسی
School of Science, University of Jinan, Jinan 250022, China, School of Physics, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan China; Department of Physics, Jining University,  China; Elsevier
قیمت به تومان
۵۰۰۰
سال
۲۰۱۰
کشور
چین

 

مطالعه اصول اول خواص انتقالی الکترونیکی  نانوبادهای کربنی
کالج علوم، دانشگاه جینان، چین
کالج فیزیک، لابراتوار مواد بلوری، دانشگاه شندانگ، چین
کالج فیزیک، دانشگاه جینینگ، چین
الزویر
۲۰۱۰
چکیده
ما خواص انتقالی الکترونیکی  نانوباد (nanobud)های کربنی (CNBها) با پیکربندی‌های مختلف، با استفاده از روش تابع گرین غیر تعادلی بر پایه تابع چگالی اصول اول، را بررسی کرده‌ایم. نتایج ما نشان می‌دهند که عبور الکترون در تمام محدوده‌ انرژی تا حد زیادی کاهش می‌یابد که علت آن پراکنده‌سازی قوی به عقب می‌باشد که از حالات مستقر در ناحیه جوانه (bud) در هر دو ساختار مورد نظر حاصل شده است اما CNBها خصوصیات فلزی/ نیم رسانایی پایه نانو لوله‌های کربنی تک دیواره‌ (SWCNT) اولیه خود را تغییر نمی‌دهند. ضمناً، توزیع بار می‌تواند از لوله به ناحیه جوانه گسترش یابد که این پدیده، نشر میدانی سرد الکترون را افزایش می‌دهد. ما بر این باوریم که CNBها کاندیدهای مناسبی برای علوم نانوالکترونیک هستند و در آینده‌ای نزدیک مفید واقع خواهند شد.
کلمات کلیدی: نانوباد (nanobud)، نانو لوله کربنی تک دیواره، تئوری تابع چگالی، تابع گرین غیر تعادلی ، انتقال الکترونیکی
 
۱- مقدمه
در دهه گذشته، نانوساختارهای کربنی کم بعد اولیه نظیر نانولوله‌های کربنی (CNTها) و فولرن C۶۰ «باکی بال» به واسطه داشتن خواص فیزیکی، شیمیایی و الکتریکی زیاد خود، توجه تحقیقاتی شدیدی را به خود جلب کرده‌اند [۶-۱]. به عنوان مثال، یک CNT تک دیواره (SWCNT) می‌تواند بسته به زاویه و قطر مارپیچ خود، فلزی یا نیم رسانا باشد [۷]. انتقالات میان فلز و نیم رسانا می‌تواند به وسیله یک عامل خارجی نظیر فشار [۸ و ۹] و نور [۱۰] حاصل شود. فولرن C۶۰ تحت شرایط معین می‌تواند رسانایی الکتریکی مشابهی با اتمهای فلزی داشته باشد [۱۱]. عقیده بر این است که این نانوساختارهای کربنی کم بعد بخاطر داشتن چندین کاربرد بالقوه، در نانوالکترونیک آینده نقش‌های مهمی را ایفا می‌کنند.
در چند سال گذشته، تلاش‌هایی برای ساخت نانو ساختارهای کربنی ترکیبی که از ترکیب فولرنهای C۶۰ و CNTها حاصل می‌شوند، انجام شده است تا خواص جدیدی به دست آید. اولین نانو ساختار کربنی ترکیبی ساخته شده، نانو پیپود کربنی است که در آن، فولرنهای C۶۰ در میان CNTها قرار می‌گیرند [۱۴-۱۲]. اخیراً نوع دیگری از نانو ساختارهای کربنی ترکیبی با موفقیت سنتز شده است که نانوباد (nanobud) کربنی (CNB) می‌باشد. نانوباد کربنی شامل یک یا چند فولرن C۶۰ است که به صورت کووالانسی با دیواره‌ی جانبی یک SWCNT پیوند یافته است [۱۸-۱۵]. مطالعات تجربی و تئوری قبلی نشان داده است که CNBها می‌توانند مزایای خاص C۶۰ و CNT، هر دو، را فراهم نمایند. به عنوان مثال، واکنش‌پذیری شیمیایی بالاتر فولرنها می‌تواند در CNBهای دارای عامل شیمیایی برای کاربرد در حسگرها به کار گرفته شود [۲۰ و ۱۹].
این نکته کاملاً معلوم شده که خواص رسانایی در هر کاربرد دلخواه از اهمیت اساسی برخوردارند. در این مقاله، خواص انتقالی الکترونیکی  CNBها را به وسیله شبیه‌سازی تئوری که تئوری تابع چگالی اصول اول (PFT) و روش تابع گرین غیر تعادلی (NEGF) را با هم ترکیب می‌کند، بررسی کرده‌ایم.
 
۲- مدل و روش
بر اساس روشی که در آن فولرن به دیواره‌ی جانبی SWCNT متصل می‌شود، دو نوع CNB وجود دارد [۱۶]. در نوع اول، یک فولرن کروی کامل از طریق اتمهای کربن هیبرید شده‌ SP۳ به صورت کووالانسی به سطح SWCNT پیوند می‌یابد، مانند حلقه‌ افزایی [۲+۲] که در شکل ۱ نشان داده شده است. در نوع دوم، تمام اتمهای کربنی هیبریداسیون SP۲ دارند و در آن یک فولرن، بخش پیوسته‌ای از یک SWCNT می‌باشد. فورست و همکارانش [۲۱] با استفاده از ترکیب تکنیک‌های اولیه و محاسبات اتصال سخت، خواص انتقالی الکترونیکی  CNB‌های گروه دوم را بررسی کرده‌اند و دریافته‌اند که یک کاهش قوی در عبور الکترون در بالای سطح فرمی EF و یک نوار عبوری قوی در زیر EF وجود دارد. در این مقاله، ما بر روی CNBهای گروه اول تمرکز می‌کنیم.
اطلاعات مفصل در مورد خواص هندسی مواد، شرط ضروری برای فهم خواص انتقالی الکترونیکی  است. بنابراین، در ابتدا شکلهای هندسی CNBهای مجزا با تمام پیوندهای متصل به آن که با استفاده از بسته‌بندی SIESTA با اتمهای هیدروژن در پیکربندی «(۵و۵)hh-s» و «(۰و۱۰)hh-p» (برای ساده‌سازی تحت عنوان CNB55 و CNB100 نامیده می‌شود). اشباع شده، بهینه می‌گردد [۲۳]. برای توصیف همبستگی تبادلی از تقریب چگالی محلی پردیو- زانگر استفاده می‌شود. از مجموعه پایه زتای دو گانه به اضافه قطبش (پلاریزاسیون) (DZP) برای توصیف اوربیتالهای اتمی مستقر استفاده می‌شود و قطع انرژی برای اندازه‌ی مش (mesh) فضای واقعی، در مقدار Ry ۳۸۰ تنظیم می‌شود. چون خواص انتقالی، پس از واهلیدگیهای[۱] ساختاری محاسبه می‌شوند، مختصات تمام اتمهای هیدروژن انتهایی به اضافه اتمهای کربن در دو لایه دور دست در طی بهینه‌سازی تثبیت می‌شوند و بخش‌های باقیمانده CNB55/CNB100 با معیار همگرایی نیروی ev/Ao۰۵/۰ کاملاً واهلیده می‌شوند. برای انجام محاسبات انتقالی، ساختارهای بهینه شده‌ی بحث شده در بالا را که اتمهای هیدروژن انتهایی آن در انتهای بیرونی SWCNTها از دست رفته، در نظر می‌گیریم و سپس SWCNTها را کاملاً به سمت چپ و راست می‌کشیم تا الکترودهای اتصالات مولکولی تشکیل شود. خواص انتقالی الکترونیکی  اتصالات مولکولی به وسیله قرارداد NEGF کاملاً خودسازگار همراه با DFT اصول اولیه که در بسته‌بندی  Atomistix ToolKit (ATK) (نسخه ۰۲/۲۰۰۸) تکمیل می‌شود، محاسبه می‌گردد [۲۶ و ۲۵]. در محاسبات انتقالی ما، پتانسیل تبادل – همبستگی نیز به وسیله LDA توصیف می‌شود. الکترونهای مرکزی (داخلی) با شبه پتانسیل غیر محلی مارتینز مدل‌بندی می‌شوند [۲۷] و الکترونهای ظرفیتی در مجموعه پایه مستقر SIESTA گسترده می‌شوند. محاسبات الکترودی تحت شرایط مرزی تناوبی انجام می‌شوند و در مورد اتصال مولکولی تک بعدی ما، از ناحیه بریلوم با نقاط ۱۰۰×۱×۱ در داخل طرح نمونه‌برداری نقطه K مونک هارست ـ پک [۲۸]، نمونه‌برداری می‌شود. محاسبات خودسازگار، با تنظیم سرعت اختلاط، ۰۱/۰، انجام می‌شوند و ملاک (معیار) همگرایی برای انرژی کل  ev۵-۱۰ می‌باشد. برای صرفه جویی در زمان محاسبات، از مجموعه پایه زتای منفرد (SZ) استفاده می‌شود و برش (قطع) مش در مقدار Ry۱۵۰ تنظیم می‌شود. محاسبات آزمایشی با مجموعه پایه بزرگتر و انرژی برشی نیز انجام می‌شوند که نتایج تقریباً یکسانی می‌دهند. علاوه بر این، برای جلوگیری از برهمکنش میان مولکولها و تصاویر تناوبی آن، از بعد  ابرسلولی بزرگ (۰A۳۰) در صفحه‌ای عمود بر جهت انتقال استفاده می‌شود.
در تئوری NEGF، تابع عبور T(E,V) سیستم، مجموع احتمالات عبور تمام راههای در دسترس انرژی E تحت ولتاژ بایاس خارجی V، می‌باشد [۲۹].
(۱)
که GR,A تابع گرین تأخیری و پیشرفته می‌باشد و تابع جفت‌شدگی  بخشهای موهومی خود انرژی‌های به ترتیب چپ و راست هستند.
سپس، خصوصیات جریان (I) ـ ولتاژ (V) از فرمول لاندور ـ بوتیکر [۲۹] به دست می‌آید.
 (۲)
که h ثابت پلانک، e بار الکترون، f تابع فرمی،  پتانسیل الکتروشیمیایی الکترودهای چپ و راست می‌باشد و اختلاف پتانسیل‌های الکتروشیمیایی با ولتاژ بایاس اعمال شده V بر حسب eV داده می‌شود یعنی
 
 
۳- نتایج و بحث
پس از واهلیدگی ساختاری، در می‌یابیم که یک انحراف محلی در سطح SWCNT وجود دارد که در آن بعضی از اتمهای کربن SWCNT به علت پیوند کووالانسی میان C۶۰ و SWCNT از سطح دیوار اصلی به سمت خارج کشیده می‌شوند و سپس پیوند آنها از هیبریداسیون SP۲ به SP۳ تبدیل  می‌شود.
مهمترین کمیت فیزیکی در محاسبات NEGF-DFT برای انتقال الکترونیکی  از میان یک اتصال مولکولی، تابع عبور T(E) می‌باشد. مقدار آن در سطح فرمی EF، رسانایی متمایل به صفر را تعریف می‌کند و انتگرال آن در محدوده‌ انرژی وابسته به این تمایل، جریان را به دست می‌دهد. بنابراین، ما تابع عبور T(E) را تحت تمایل به صفر برای CNB55 و CNB100 محاسبه می‌کنیم. همانگونه که در شکل‌های ۲ و ۳ نشان داده شده، T(E) برای لوله‌های اولیه (۵ و۵) و (۰ و۱۰) جهت مقایسه رسم شده‌اند. به این نکته توجه کنید که در تمام این مقاله، موقعیت سطح فرمی EF دقیقاً همانند لوله اولیه تنظیم می‌شود. این امر لازم است زیرا لوله (الکترود) در ناحیه‌ای بسیار دور از ناحیه مورد نظر، از نظر بار کاملاً خنثی است.
۱٫relaxation
ما بر روی T(E) اتصال CNB55 تمرکز می‌کنیم. همانگونه که در شکل ۲ (الف) نشان داده شده، منحنی عبور CNT فرم صندلی راحتی اولیه، ویژگی پله‌ای واضحی نشان می‌دهد. مقدار عبور در اطراف EF، ۲ می‌باشد که از نوارهای غیر مستقر TT و TT* نزدیک EF نانولوله‌ی فرم صندلی راحتی مجزا حاصل می‌شود. این دو نوار به عنوان راههای رسانایی عمل می‌کنند و بر اساس فرمول لاندور، دو کوانتای رسانایی () در رسانایی متمایل به پایین مشارکت دارند [۲۹]. در همین زمان CNB55 ویژگی عبور پله‌ای پیچیده‌تری نشان می‌دهد اما احتمال تونل‌زنی الکترونیکی  در تمام محدوده انرژی به وضوح کاهش می‌یابد که از مورد CNBهای گروه دوم متفاوت است [۲۱]. کاهش عبور به وسیله روش مؤثری که در آن‌‌ هامیلتونی خودسازگار اتصال مولکولی بر روی مولکول اعمال می‌شود، توضیح داده می‌شود و ماتریس‌ هامیلتونی خودسازگار اعمال شده بر روی مولکول  (MPSH) قطری است [۳۰]. حالات MPSH مربوطه، ویژه حالات سیستم مولکولی قرار گرفته در محیط دارای دو ردیاب می‌باشد. همانگونه که در شکل ۲ (ب) نشان داده شده، ویژه حالات MPSH بالاترین اوربیتال مولکولی اشغال شده (HOMO) و پایین‌ترین اوربیتال مولکولی اشغال نشده (LUMO) برای سیستم CNB55 را رسم کرده‌ایم [۳۱]. در شکل ۲(ب) به وضوح دیده می‌شود که توزیع بار در ناحیه جوانه (باد) (bud) یعنی در بخش C۶۰ در LUMO مستقر است در حالی که HOMO یک اوربیتال کاملاً غیر مستقر است. حالت مستقر در ناحیه جوانه (bud) موجب پراکنده‌سازی قوی به عقب شده و منجر به کاهش عبور می‌گردد [۲۱]. بهر حال، این امر CNB را نماینده‌ خوبی برای نشر میدانی سرد الکترون می‌سازد زیرا الکترونها در ابتدا به LUMO پمپ می‌شوند و سپس از طریق C۶۰ کاملاً انحنا یافته که ممکن است به عنوان موقعیت (سایت) نشری مناسب عمل نماید در خلاء منتشر می‌شوند [۲۲ و ۱۵].
اکنون به اتصال CNB100 بر می‌گردیم. همانگونه که در شکل ۳ (الف) نشان داده شده، احتمال تونل‌زنی الکترونیکی  در تمام ناحیه انرژی در مقایسه با CNT فرم زیگزاگی اولیه، به وضوح کاهش می‌یابد. ضمناً، این نکته مشاهده می‌شود که توزیع بار از لوله به ناحیه جوانه (bud) گسترش می‌یابد (LUMO را در شکل ۳ (ب) ببینید) بنابراین نشر میدانی سرد الکترون افزایش خواهد یافت. در واقع، طیف‌های عبور با بایاس صفر برای توصیف کامل خواص انتقالی الکترونیکی  اتصالات مولکولی کافی نیستند. انحراف در بزرگی و موقعیت پیک عبور، هر دو، در بایاس بزرگ اهمیت پیدا می‌کند.
بررسی تغییرات خصوصیات عبور تحت ولتاژ بایاس بکار رفته ضروری است. وابستگی خصوصیات عبور به بایاس در بایاس های ۰، ۴/۰، ۸/۰، ۲/۱ و V۶/۱ در اتصالات CNB55 و CNB100 در شکل ۴ ارائه شده‌اند. در شکل ۴ مشاهده می‌شود که خصوصیات عبور پله‌ای هنوز وجود دارند در حالی که پله‌ها با افزایش بایاس بکار رفته برای هر دو اتصال، به سمت دور از سطح فرمی EF حرکت می‌کند. در نزدیکی EF، تغییر خصوصیات عبور تحت بایاس بکار رفته برای اتصال CNB55 قابل صرفنظر کردن است اما برای اتصال CNB100، هنگامی که بایاس از V۰/۱ تجاوز می کند، خصوصیات عبور تا حد زیادی تغییر می‌کنند یعنی عبور آشکاری در حوالی EF ظاهر می‌شود.
۴- خلاصه
به طور خلاصه، ما خواص انتقالی الکترونیکی  CNBهای گروه اول با پیکربندی‌های مختلف را با استفاده از قاعده NEGF همراه با DFT اصول اول بررسی کرده‌ایم. نتایج نشان می‌دهند که عبور الکترون در تمام محدوده‌ انرژی تا حد زیادی کاهش می‌یابد که این امر به علت پراکنده سازی  قوی به عقب می‌باشد که به وسیله حالات مستقر در ناحیه جوانه (bud) در هر دو ساختار مورد نظر حاصل می‌شود اما CNBها خصوصیات فلزی/ نیم رسانایی پایه SWCNT اولیه خود را تغییر نمی‌دهند. ضمناً، توزیع بار از لوله به ناحیه جوانه (bud) گسترش می‌یابد که این امر برای نشر میدانی سرد الکترون مفید است. ما بر این باوریم که CNBها یکی از نمایندگان خوب برای نانوالکترونیک هستند و در آینده‌ای نزدیک مفید واقع خواهند شد.
تماس با ما

اکنون آفلاین هستیم، اما امکان ارسال ایمیل وجود دارد.

به سیستم پشتیبانی سایت ایران ترجمه خوش آمدید.