Наноэлектромеханика низкоразмерных углеродных систем : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель А. И. Сягло

Abstract

Объекты исследования – низкоразмерные углеродные системы, графен, углеродные нанотрубки. Цель работы – исследовать туннелирование электронов, квантовую емкость, а также электрические явления в низкоразмерных углеродных системах и разработать физические концепции и принципиальные схемы электромеханических устройств, основанных на графене и углеродных нанотрубках. Методы исследования – компьютерное моделирование наноструктур, численные квантово-химические расчеты и аналитические методы теоретической физики. В результате выполнения НИР получено аналитическое выражение для квантовой емкости полупроводниковой сверхрешетки и стопки из частично перекрывающихся слоев графена. Получены формулы для вычисления электрической емкости квантованного конденсатора, связанной с плотностью электронных состояний. Найден квант емкости для углеродных наноструктур. Разработана теоретическая модель автоэлектронной эмиссии из графенового листа и из углеродной нанотрубки. Проведен анализ и сравнение токов эмиссии из сплошных низкоразмерных полупроводниковых систем, а также из плоских и полых углеродных структур. Создана модель генератора электрических коле- баний на основе графенового листа и нанотрубки, в котором используется автоэмиссионный катод в виде одиночной графеновой полоски. Проведены квантово-химические расчеты плоских наночешуек из нанолент графена, пассивированных атомами фтора и водорода. Рассчитаны дипольные моменты наночешуек и нанополосок при их относительном повороте и сдвиге. Установлено уменьшение энергетической щели углеродных наночешуек при изменении количества зигзаг-цепочек. Показано, что графеновые плоскости чешуек претерпевают характерный изгиб, зависящий от распределения зарядов при взаимном влиянии электрического поля чешуек. Разработана концепция электромеханической ячейки памяти с двумя электродами: мембрана из многослойного графена и стержень с плоской вершиной. Рассчитан баланс упругих сил, электростатических сил и сил Ван-дер-Ваальса в предложенной ячейке. Изучены перспективы дальнейшего использования полученных результатов.