Исследование электронных процессов в массивах углеродных нанотрубок в электрических и магнитных полях и под воздействием инфракрасного микроволнового и терагерцового излучения для создания функциональных элементов наноэлектроники, экранов и датчиков электромагнитных излучений : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / научный руководитель В. К. Ксеневич

Abstract

Объектом исследования являются волокна, покрытия и двумерные слои из углеродных нанотрубок, а также композиты эпоксидная резиновая смола/однослойные углеродные нанотрубки и эпоксидная резиновая смола/многослойные углеродные нанотрубки. Целью работы является исследование электронных процессов при транспорте заряда в массивах углеродных нанотрубок различной геометрии, изучение влияния магнитного поля, инфракрасного, микроволнового и терагерцового излучения на их проводимость, установление возможности применения исследованных свойств для создания датчиков микроволнового и терагерцового излучения, ИК болометров, функциональных элементов наноэлектроники. Основными методами исследования являются измерения вольтамперных характеристик, зависимостей сопротивления от температуры, действительной и мнимой частей импеданса, измерения зависимостей сопротивления от магнитного поля в широком температурном диапазоне, а также измерение электропроводности под воздействием инфракрасного, микроволнового и терагерцового излучения. В результате выполнения проекта: - Исследованы электрические свойства волокон из однослойных и многослойных углеродных нанотрубок, двумерных массивов УНТ, композитов эпоксидная смола/ОУНТ и эпоксидная смола/МУНТ в диапазоне температур 1.8-300 К, установлены механизмы транспорта заряда в них. - Установлено, что наблюдаются лишь количественные различия между электрическими свойствами композитов эпоксидная смола/МУНТ и эпоксидная смола/ОУНТ. Более высокая проводимость композитов эпоксидная смола/МУНТ при одном и том же весовом содержании наполнителя объясняется меньшим числом контактных барьеров между отдельными нанотрубками в них по сравнению с композитами эпоксидная смола/ОУНТ. Установлено, что в проводимость волокон из ОУНТ и слоев ОУНТ на поверхности SiO2 волокон в области низких температур и при напряжениях постоянного смещения Ub > 2 В вносит вклад кинетическая индуктивность отдельных нанотрубок. Предложена эквивалентная схема замещения, характеризующая импеданс волокон из однослойных углеродных нанотрубок и учитывающая как активное сопротивление и кинетическую индуктивность отдельных нанотрубок, так и сопротивление и емкость контактов между нанотрубками. Исследовано магнитосопротивление массивов углеродных нанотрубок различной геометрии в магнитных полях до 8 Тл в диапазоне температур 1.8-300 К. Установлено, что основной вклад в магнитосопротивление массивов УНТ дает влияние магнитного поля на механизмы рассеяния носителей заряда в одиночных нанотрубках. Обнаружено изменение знака магнитосопротивления в области низких температур и слабых магнитных полей в тонких слоях однослойных углеродных нанотрубок, волокнах из однослойных углеродных нанотрубок и композитах эпоксидная смола/ОУНТ и эпоксидная смола/МУНТ. - Проведены исследования изменения проводимости массивов углеродных нанотрубок под воздействием инфракрасного (с длиной волны 1.1 мкм при 300 К), микроволнового (частотой 10 ГГц) и терагерцового излучения (в диапазоне частот 0.5 7.3 ТГц). Обнаружен вызванный болометрическим нагревом рост проводимости массивов УНТ при воздействии электромагнитного излучения в различных диапазонах частот. Наблюдался рост сигнала фотопроводимости при уменьшении температуры для всех используемых в экспериментах видов электромагнитного излучения. В массивах УНТ, в которых в области низких температур перенос носителей заряда осуществлялся посредством прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка, при воздействии терагерцовым излучением при низких температурах наряду с медленным болометрическим сигналом обнаружен быстрый (со временем затухания порядка 100 мкс) сигнал, вызванный индуцированной терагерцовым излучением прыжковой проводимостью.