مدل سازی ابزار نانوالکترونیکی غیر خطی

مدل سازی ابزار نانوالکترونیکی غیر خطی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

مدل سازی ابزار نانوالکترونیکی غیر خطی

چکیده

ما مدل ساده‌ای را برای ابزار نانو الکترونیکی غیر خطی نمایش می‌دهیم که محدوده ویژگی‌های جریان ـ ولتاژ، متشکل از مقاومت دیفرانسیلی منفی، پایداری چندگانه و یکسوسازی، را نشان می‌دهد. مدل پیوند سخت در این ابزار شامل یک جفت نقطه کوانتومی جفت شده به هم است که به دو زنجیر تک اتمی خطی نیمه نامتناهی متصل شده است. غیر خطی بودن از طریق دافعه کولنی الکترون ـ الکترون بواسطه یک U هوبارد محلی نشان داده می‌شود. ما ساختار الکترونیکی میدان متوسط ابزار را به صورت تابعی از اختلاف پتانسیل اعمال شده برای محدوده‌ای از مقادیر جفت شدگی درون ابزاری و جفت شدگی به سیمهای اتصال، مورد بررسی قرار می‌دهیم.

مدل سازی ابزار نانوالکترونیکی غیر خطی

۱- مقدمه

استفاده از مولکولها به عنوان ابزارهای الکترونیکی روشی مناسب برای افزایش چگالی اجزا در مدارهای الکترونیکی مجتمع، فراتر از محدوده تکنولوژیهای نیمه هادی کنونی، مد نظر می‌باشد. از زمان تحقیق قبلی آویرام و راتنر بر روی موضوع یکسو سازهای مولکولی تاکنون، انتشارات در زمینه نانو الکترونیک، رشد نمایی را نشان داده است. کاربرد آینده نانو ابزارها به عنوان اجزای الکترونیکی به توانایی ترسیم محدوده ابزارهای غیر خطی متداول نظیر دیودها و ترانزیستورها در داخل هم ارزهای مولکولی آنها بستگی دارد. بر این اساس، گزارش شده است که تعدادی از ابزارهای آزمایشی، دارای رفتار غیر خطی می‌باشند، نظیر راه گزینی(تغییر وضعیت)، یکسو سازی و مقاومت دیفرانسیلی منفی. اصلاح هدایت (رسانایی) شبه ترانزیستوری بوسیله دریچه ورودی یا الکترود سوم، چنانکه معمولا نامیده می‌شود، توسط اثرات الکتروستاتیک یا اصلاح حالات کاهشی ابزار فرو رفته در یک الکترولیت تحت کنترل پتانسیواستاتیک حاصل شده است. این ابزارهای نانو الکترونیکی غیر خطی، بطور مثال برای ساخت سلولهای مولکولی حافظه با دسترسی تصادفی بکار برده شده‌اند. مقاومت دیفرانسیلی منفی و پایداری چندگانه نیز در ساختارهای تونل زنی رزونانسی مشاهده شده است که شامل یک ساختار ناهمگن نیمه هادی است که در آن گاز کوانتومی تقریبا دو بعدی محبوس می‌شود تا چاههای کوانتومی را تشکیل دهد.

در  این تحقیق، ما مدل ساده‌ای را برای یک ابزار الکترونیکی مولکولی مورد بررسی قرار می‌دهیم که شامل دو نقطه کوانتومی جفت شده و متصل شده به سیم‌های اتصال تک اتمی تک بعدی نیمه نامتناهی می‌باشد. سادگی بیش از حد این مدل، کاوش جامعی از فضای پارامتری آن را امکان‌پذیر می‌سازد. رفتار غیر خطی از طریق برهمکنش الکترون ـ الکترون میدان متوسط محلی برای این مدل حاصل می‌شود. مدل مشابه با مدلی که ما در اینجا نشان می‌دهیم، از لحاظ دینامیکی، بوسیله ما و برخی از دیگر محققین مورد مطالعه قرار گرفته است. بعضی از خواص حالت ساکن آن قبلا بررسی شده و بدینسان مشخص شده است که این مضمون معرف مقاومت دیفرانسیلی منفی و پایداری چندگانه می‌باشد. در مرجع [۱۶] حدود جفت‌شدگی بین نقطه‌ای کوچک و سیم اتصال ـ نقطه که برای جفت‌شدگی کوچک الکترون ـ الکترون بررسی شده است (بوسیله عبارت U هوبارد محلی توصیف شده در بخش ۲) با استفاده از مدل ساده شده (مستقل از انرژی) برای حالت خود- انرژی حاصل شده بوسیله سیم‌ها مشخص شده است. در مراجع [۱۷] و [۱۸] نیز نشان داده شده است که پایداری چندگانه با استفاده از مدل میدان متوسط
اسلاو- بوزون در حد  روی می‌دهد.

مدلی که در اینجا مورد بررسی قرار گرفته است در اصل بسیار مشابه تئوری تابعیت چگالی (DFT) می‌باشد، گر چه از نظر شکلی، کاملا ساده شده است. این روزها، از DFT به همراه روش لاندور (Landauer ) برای محاسبه و پیش‌بینی ویژگیهای جریان ـ ولتاژ در ابزارهای مولکولی، استفاده می‌شود. ما بر این باوریم که نوع پیچیدگی مشاهده شده باید معلوم باشد و در مورد مدلهای پیچیده‌تر نظیر DFT این مفهوم باید از روشنی بیشتری برخوردار باشد. رفتار پایداری چندگانه معرف نتیجه‌ای است از ساختار الکترونیکی غیر تعادلی این سیستم حاصل شده است و بنابراین انتظار می‌رود که دیگر مدلهای پیچیده‌تر بتوانند رفتار پایداری چندگانه را نشان دهند.

مدل سازی ابزار نانوالکترونیکی غیر خطی

۲- مدل

ابزار مدل مربوطه شامل یک جفت نقطه کوانتومی جفت شده و متصل شده به دو زنجیر تک اتمی خطی نیمه نامتناهی می‌باشد. ما از یک مدل پیوند سخت متعامد برای ساختار الکترونیکی سیستم خود با یک اوربیتال در هر مکان (سایت) استفاده می‌کنیم. عنصر ماتریسی جفت شدگی بین این حالات در نقاط کوانتومی δ ، جفت‌شدگی با سیم‌های اتصال متناظر با عنصر ماتریسی جهش داخل سیم اتصال γ و β است. عناصر ماتریسی محلی در نقاط کوانتومی _aε و ε_b است (شکل ۱ را ببینید).

مدل سازی ابزار نانوالکترونیکی غیر خطی

۳- نتایج و بحث

در شکل ۲ مجموعه‌ای از نمودارهای غیر خطی جریان ـ پتانسیل را که برای مدل توصیف شده در بخش ۲ یافته‌ایم، نشان داده ایم. ابزار، برای مقادیر نسبتا بزرگ جفت‌شدگی با الکترودها و بین نقاط کوانتومی، همانگونه که در شکل a2  نشان داده شده، بصورت مقاومت عمل می‌کند. چگالی حالات در مولکول، گسترده (پهن) است و اوربیتالهای مولکولی تقریبا سهم یکسانی از نقاط a و b دارند. هیچ انباشتگی قابل توجهی از بار در نقاط کوانتومی وجود ندارد. این امر می‌تواند در شکل a3  که در آن اشغال شدگی اضافی سایت چپ بصورت تابعی از انرژی محلی برای محدوده‌ای از اختلاف پتانسیل‌ها رسم می‌شود، همراه با خط ، ملاحظه شود. شرط خود سازگاری در نقاط تلاقی منحنی‌ها با این خط برقرار می‌شود. در مورد نشان داده شده در شکل a2  شرط خود سازگاری برای تمام اختلاف پتانسیل‌ها یکسان است (یعنی معادله (۴) یک جواب دارد) و در بار خالص بسیار کوچک بر روی سایت‌ها روی می‌دهد. این شکل، هنگامی که هیچ برهمکنش الکترون ـ الکترون میدان متوسط در ابزار وجود ندارد، شکل متداول مورد انتظار است. اوربیتالهای مولکولی گسترده (پهن شده) یک رزونانس عرضی ایجاد می‌کنند که بصورت یک مقاومت عمل می‌کند. از آنجا که این رزونانس بسیار عریض‌تر (پهن‌تر) از محدوده پتانسیل است، در اختلاف پتانسیل کم، هیچ اثر غیر خطی مهمی مشاهده نمی‌شود.

مدل سازی ابزار نانوالکترونیکی غیر خطی

۴- نتایج

مدل ساده‌ای که شامل یک جفت نقطه کوانتومی جفت شده و متصل شده به سیم‌های اتصال تک اتمی نیمه نامتناهی می‌باشند و در آن بر همکنشهای الکترون ـ الکترون فقط در نواحی داخل مدل میدان متوسط ابزار وجود دارند، هنگامی که اختلاف پتانسیلی بین سیم‌های اتصال ایجاد می‌شود، حالتهای دارای پایداری چندگانه از نظر هدایت نشان می‌دهند. سایر رفتارهای غیر خطی هدایت نظیر مقاومت دیفرانسیلی منفی و یکسو سازی در نواحی معینی از فضای پارامتر مشاهده می‌شوند. ما مناطقی از فضای پارامترها را رسم کرده‌ایم که در آنها هر یک از رفتارهای جریان ـ پتانسیل مختلف مشاهده می‌شود. پایداری جوابهای دارای حالت پایداری مختلف می‌تواند بر اساس این فرض پیش‌بینی ‌شود که سیستمی نزدیک به حالت ساکن می‌باشد که در آن پاسخ جمعیت سایت به انرژی سایت به تابع  حاصل از روش لاندور نزدیک شود.

علیرغم محدودیتهای روش میدان متوسط که ما برای رفتار بر همکنشهای
الکترون ـ الکترون استفاده کرده ایم،‌ بر این باوریم که رفتار مشاهده شده معتبر (موثق) است زیرا نمودار نشان داده شده در شکل ۴ ، برای محدوده بزرگی از مقادیر پارامتر  مشاهده می شود که این امر، استحکام بر همکنشهای الکترون ـ الکترون در داخل نقاط کوانتومی را،  حتی برای مقادیر کوچک که انتظار می‌رود تقریب میدان متوسط برای آن صحیح باشد، نشان می‌دهد. ارلانا و همکارانش با استفاده از روش اسلاو- بوزون رفتار دارای پایداری چندگانه مشابهی را در ناحیه  نشان داده‌اند و این امر حاکی از آن است که حد همبستگی یافته بالا، خصوصیاتی مشابه مدل توصیف شده در اینجا را نشان می‌دهند، علاوه بر این، پایداری چندگانه بصورت تجربی در ساختار ناهمگن نیمه هادیها و ابزارهای الکترونی مولکولی مشاهده شده است. برای تایید قطعی حضور حالات ساکن چندگانه از نظر هدایت در ابزارهای الکترونی مولکولی، باید رفتار این مدل با استفاده از روشی که بتواند توضیح مناسبی از همبستگی الکترون ـ الکترون در ابزار را در خارج از تقریب میدان متوسط ارائه دهد، بررسی شود که از حوزه این تحقیق خارج است. جفت‌شدگی درجات آزادی هسته‌ای که به عنوان یک منبع خارجی دارای توانایی اختلال در تخریب همدوسی بین دو نقطه کوانتومی عمل می‌کند (به مشاهده جواب هدایت بالا در وضعیت نشان داده شده در شکل b2 نیاز دارد) از اهمیت خاصی برخوردار است.

ما حدس می‌زنیم که نوع پیچیدگی توصیف شده بوسیله این مدل بسیار ساده برای مدلهای خود سازگار پیچیده‌تر نظیر تئوری تابعیت چگالی، هنگامی که همراه با روش لاندور جهت پیش‌بینی هدایت ابزارهای مولکولی مورد استفاده قرار می‌گیرد، ‌امکان‌پذیر باشد.