Спиновые свойства хиральных нанотрубок SiC

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В рамках релятивистского метода линеаризованных присоединенных цилиндрических волн рассчитаны зависимости зонной структуры одностенных SiC-нанотрубок (n1, n2), где n1 = 7, 0 ≤ n2 ≤ 7, от спина и хиральности. Установлено, что нанотрубки являются широкозонными полупроводниками с Eg от 2.26 до 3.15 эВ, а спин-орбитальное расщепление краев валентной зоны и зоны проводимости лежит в диапазоне 0.05–3.5 мэВ. Значения энергии спин-орбитальных щелей в правовинтовых и левовинтовых энантиомерах совпадают, но спины у них имеют противоположное направление. Отмечены хиральные нанотрубки, наиболее пригодные для селективного спинового транспорта с потенциально высокими потоками α- и β-электронов в противоположных направлениях.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. Н. Дьячков

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: p_dyachkov@rambler.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 31

П. А. Кулямин

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: p_dyachkov@rambler.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 31

Список литературы

  1. Casady J.B., Johnson R.W. // Solid-State Electron. 1996. V. 39. P. 409. https://doi.org/10.1016/0038-1101(96)00045-7
  2. Katoh Y., Snead L.L., Henager C.H. Jr et al. // J. Nucl. Mater. 2014. V. 455. P. 387. https://doi.org/10.1016/j.nucmat.2014.06.003
  3. Properties of Silicon Carbide. INSPEC Institution of Electrical Engineers / Ed. Harris G.L. London, 1995.
  4. Xi G., Peng Y., Wang S. et al. // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. P. 20102. https://doi.org/10.1021/jp0462153
  5. Wu R., Wu L., Yang G. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2007. V. 40. P. 3697. https://doi.org/10.1088/0022-3727/40/12/023
  6. Wang C., Huang N., Zhuang H. et al. // Surf. Coat. Technol. 2016. V. 299. P. 96. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.04.070
  7. Sun L., Han C., Wu N. et al. // RSC Adv. 2018. V. 8. P. 13697. https://doi.org/10.1039/c8ra02164c
  8. Hollabaugh C.M., Hull D.E., Newkirk L.R. et al. // J. Mater. Sci. 1983. V. 18. P. 3190. https://doi.org/10.1007/BF00544142
  9. Zhu W.Z., Yan M. // Scripta Mater. 1998. V. 39. P. 1675. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(98)00372-8
  10. Fan J., Li H., Wang J. et al. // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. P. 131906. https://doi.org/10.1063/1.4755778
  11. Beke D., Szekrenyes Z., Czigany Z. et al. // Nanoscale. 2015. V. 7. P. 10982. https://doi.org/10.1039/c5nr01204j
  12. Lai H.L., Wong N.B., Zhou X.T. et al. // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 76. P. 294. https://doi.org/10.1063/1.125636
  13. Deng S.Z., Wu Z.S., Zhou J. et al. // Chem. Phys. Lett. 2002. V. 356. P. 511. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(02)00403-7
  14. Li Z., Zhang J., Meng A. et al. // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. P. 22382. https://doi.org/10.1021/jp063565b
  15. Sun X.H., Li C.P., Wong W.K. et al. // J.Am. Chem. Soc. 2002. V. 124. P. 14464. https://doi.org/10.1021/ja0273997
  16. Taguchi T., Igawa N., Yamamoto H. et al. // J.Am. Ceram. Soc. 2009. V. 88. P. 459. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00066.x
  17. Taguchi T., Igawa N., Yamamoto H. et al. // Physica E. 2005. V. 28. P. 431. https://doi.org/10.1016/j.physe.2005.05.048
  18. Taguchi T., Yamamoto S., Ohba H. // Appl. Surf. Sci. 2021. V. 551. P. 149421. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.149421 25
  19. Huczko A., Bystrzejewski M., Lange H. et al. // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 109. P. 16244. https://doi.org/10.1021/jp050837m
  20. Zhou W.M., Yang B., Yang Z.X. et al. // Appl. Sci. 2008. V. 252. P. 5143. https://doi.org/10.1007/978-0-387-74132-1_2
  21. Wang X., Liew K.M. // J. Phys. Chem. С. 2011. V. 115. P. 10388. https://doi.org/10.1021/jp2005937
  22. Han Z., Zhu H., Zou Y. et al. // Phys. 2022. V. 38. P. 105658. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2022.105658
  23. Menon M., Richter E., Mavrandonakis A. et al. // Phys. Rev. B. 2004. V. 69. P. 115322. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.115322
  24. Vatankhah C., Badehian H.A. // Optik (Stuttg.). 2021. V. 237. P. 166740. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.166740
  25. Huang S.P., Wu D.S., Hu J.M. et al. // Opt. Express. 2007. V. 15. P. 10947. https://doi.org/10.1364/OE.15.010947
  26. Petrushenko I.K., Ivanov N.A. // Mod. Phys. Lett. B. 2013. V. 27. P. 29. https://doi.org/10.1142/S0217984913502102
  27. Afshoon Z., Movlarooy T. // Silicon. 2023. V. 15. P. 4149. https://doi.org/10.1007/s12633-023-02314-9
  28. Wu A., Song Q., Yang L. et al. // Comput. Theor. Chem. 2011. V. 977. P. 92. https://doi.org/10.1016/j.comptc.2011.09.013
  29. Zhao M.W., Xia Y.Y., Zhang R.Q. et al. // J. Chem. Phys. 2005. V. 122. P. 214707. https://doi.org/10.1063/1.1927520
  30. Li F., Xia Y.Y., Zhao M.W. et al. // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. P. 104311. https://doi.org/10.1063/1.1891281
  31. He T., Zhao M.W., Xia Y.Y. et al. // J. Chem. Phys. 2006.V. 125. P. 194710. https://doi.org/10.1063/1.2360269
  32. Song J., Liu H., Henry D.J. // Comput. Mater. Sci. 2016. V. 125. P. 117. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2016.08.029
  33. Alferi G., Kimoto T. // Nanotechnology. 2009. V. 20. P. 285703. https://doi.org/10.1088/0957-4484/20/28/285703
  34. Alfieri G., Kimoto T. // J. Comput. Theor. Nanosci. 2012. V. 9. P. 1850. https://doi.org/10.1166/jctn.2012.2596
  35. Talla J.A. // Phys. Lett., Sect. A: Gen. Solid State Phys. 2019. V. 383. P. 2076. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2019.03.040
  36. Ding R., Yintang Y., Lianx L. // J. Semicond. 2009. V. 30. P. 114010. https://doi.org/10.1088/1674-4926/30/11/114010
  37. Itas Y.S., Suleiman A.B., Ndikilar C.E. et al. // Phys. Scr. 2023. V. 98. P. 015824. https://doi.org/10.1088/1402-4896/aca5cf
  38. Ansari R., Rouhi S., Aryayi M. et al. // Scientia Iranica. 2012. V. 19. P. 1984. https://doi.org/10.1016/j.scient.2012.10.004
  39. Setoodeh A.R., Jahanshahi M., Attariani H. // Comput. Mater. Sci. 2009. V. 47. P. 388. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2009.08.017
  40. Yang R., Hilder T.A., Chung S.H. et al. // J. Phys. Chem. С. 2011. V. 15. P. 17255. https://doi.org/10.1021/jp201882d
  41. Khademi M., Sahimi M. // J. Chem. Phys. 2011. V. 135. P. 204509. https://doi.org/10.1063/1.3663620
  42. Hilder T.A., Yang R., Gordon D. et al. // J. Phys. Chem. С. 2012. V. 116. P. 4465. https://doi.org/10.1021/jp2113335
  43. Yang S.H. // Appl. Phys. Lett. 2020. V. 116. P. 120502. https://doi.org/10.1063/1.5144921
  44. Yang S.H., Naaman R., Stuart P.Y. et al. // Nature Rev. Phys. 2021. V. 3. P. 328. https://doi.org/10.1038/s42254-021-00302-9
  45. Michaeli K., Kantor-Uriel N., Naaman R. et al. // Chem. Soc. Rev. 2016. V. 45. P. 6478. https://doi.org/10.1039/C6CS00369A
  46. Naaman R., Waldeck D.H. // Annu. Rev. Phys. Chem. 2015. V. 66. P. 263. https://doi.org/10.1146/annurev-physchem-040214-121554
  47. Yang S.H. // Appl. Phys. Lett. 2021. V. 16. P. 120502. https://doi.org/10.1063/5.0039147
  48. Waldeck D.H., Naaman R., Paltiel Y. // APL Mater. 2021. V. 9. P. 040902. https://doi.org/10.1063/5.0049150
  49. Wang X., Changjiang Y., Felser C. // Adv. Mater. 2024. V. 36. P. 230874. https://doi.org/10.1002/adma.202308746
  50. D’yachkov P.N. // Quantum chemistry of nanotubes: electronic cylindrical waves. London: Taylor and Francis, 2019. 212 p.
  51. D’yachkov P.N., Makaev D.V. // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. P. 19541. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.195411
  52. D’yachkov P.N., Makaev D.V. // Int. J. Quantum Chem. 2016. V. 116. P. 316. https://doi.org/10.1002/qua.25030
  53. D’yachkov P.N., D’yachkov E.P. // Appl. Phys. Lett. 2022. V. 120. P. 173101. https://doi.org/10.1063/5.0086902
  54. D’yachkov E.P., D’yachkov P.N. // J. Phys. Chem. С. 2019. V. 123. P. 26005. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b07610
  55. D’yachkov P.N., Krasnov D.O. // Chem. Phys. Lett. 2019. V. 720. P. 15. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2019.02.006
  56. D’yachkov P.N. // J. Nanotechnol. Smart Mater. 2023. V. 9. P. 1208. https://doi.org/10.1109/5.771073
  57. Manchon A, Koo H.C., Nitta J. et al. // Nature Mater. 2015. V. 871. P. 4360. https://doi.org/10.1038/nmat4360
  58. Yeom J. // Acc. Mater. Res. 2021. V. 2. P. 471. https://doi.org/10.1021/accountsmr.1c00059
  59. Bercioux D., Lucignano P. // Rep. Prog. Phys. 2015. V. 78. P. 106001. https://doi.org/10.1088/0034-4885/78/10/106001
  60. Yan B. arXiv:2312.03902v1. 2023. https://doi.org/10.48550/arXiv.2312.03902
  61. Ray K., Ananthavel S.P., Waldeck D.H. et al. // Science.1999. V. 283. P. 814. https://doi.org/10.1126/science.283.5403.8
  62. Göhler B., Hamelbeck V., Markus T.Z. et al. // Science. 2011. V. 331. P. 894. https://doi.org/10.1126/science.1199339
  63. Yeganeh S., Ratner M.A., Medina E. et al. // J. Chem. Phys. 2009. V. 131. P. 014707. https://doi.org/10.1063/1.3167404
  64. Eremko A.A., Loktev V.M. // Phys. Rev. B. 2013. V. 88. P. 165409. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.165409
  65. Gutierrez R., Díaz E., Naaman R. // Phys. Rev. B. 2012. V. 85. P. 081404. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.081404
  66. Gutierrez R., Díaz E., Gaul C. et al. // J. Phys. Chem. С. 2013. V. 117. P. 22276. https://doi.org/10.1021/jp401705x
  67. Naaman R., Paltiel Y., Waldeck D.H. // Acc. Chem. Res. 2020. V. 53. P. 2659. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00485
  68. Michaeli K., Naaman R. // J. Phys. Chem. С. 2019. V. 123. P. 17043. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b05020
  69. Naaman R., Paltiel Y., Waldeck D.H. // J. Phys. Chem. Lett. 2020. V. 11. P. 3660. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c00474
  70. Fransson J. // J. Phys. Chem. Lett. 2019. V. 10. P. 7126. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b02929
  71. Fransson J. // J. Phys. Chem. Lett. 2022. V. 13. P. 808. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c03925

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структура типичной нанотрубки SiC

Скачать (212KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Электронные и спиновые уровни хиральной нанотрубки (7, 5): общий вид зонной структуры без учета эффектов спин-орбитального расщепления (а), увеличенное изображение электронных уровней в области краев валентной зоны и зоны проводимости (б), спин-орбитальное расщепление краев этих зон в правовинтовой (rh) (в) и левовинтовой (lh) нанотрубках (г). Значение π/h = 6.39 ат. ед.–1

Скачать (324KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Электронные и спиновые уровни нанотрубок (7, n2). Энергия щелей между валентной зоной и зоной проводимости (а), спин-орбитальное расщепление краев зон в правовинтовых нанотрубках (б)

Скачать (484KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024