理论研究上有缺陷的影响在一个量子导线连接到水库

文摘

我们从理论上研究缺陷的影响导体之间的接口和水库的量子装置。因为制造量子联系人是一项复杂的任务,可能会有缺陷在导体之间的接口和水库。这种有缺陷的联系人将很难正确地测量电流。在这篇文章中,我们计算电流电压特征与缺陷二维设备连接到水库利用非平衡格林函数方法。结果表明,电阻变化的大小取决于量子化的波函数的振幅在缺陷的位置。

1。介绍

量子导体,如纳米线和nanoribbons吸引了太多的关注。有很多研究的动机是前景,小型设备将显示优越性能:高速度、高灵敏度,耗电更少。不仅碳(石墨烯)1,2而且各种材料,如氧化锌[3],寒风[4甘],[5),如果6),和菲7用于制造nanoribbons。研究的目的的大变化,如单个原子晶体管(8- - - - - -11],激光[3),热设备(4),磁传感器(2假),和皮肤(6),表明高潜力的量子设备。除了这些常规设备,有调查的现象,比如自旋极化的电流(7)和相干多体的电流(12]。

利用交通现象的量子设备,连接到水库是必不可少的。因为制造这样的小接触是一项复杂的任务,很容易引入缺陷在导体之间的接口和水库。即使导体的特征是有趣的和有用的,不当连接水库将纠正当前和涂片的特性,我们想要观察。因此,连接到水库是特别重要的运输在量子测量设备。在界面缺陷的影响,然而,并没有被很好的理解。

本文利用非平衡格林函数方法(13),我们从理论上研究缺陷的影响在二维量子导体连接到水库中一个简单的模型的缺陷。

2。模型结构

图1我们研究显示了一个示意图的结构装置。我们计算二维导体的电流电压特性带状的形状。我们模拟设备通过离散化成碎片的大小 。我们称之为虚拟原子。原子的设备被表示为一个数组的点在图所示1。正如我们在这个图的上半部分显示,售票员包含一个 数组的虚拟原子。有水库(阳极和阴极)连接两岸的导体的阴影区域。我们设置的大小水库足够大,以便能量电子水平间距小于热能。所示的下部,有扩散的潜力之间的导体和水库。水库充满电子的费米能级。

考虑到每个原子与一个s轨道,我们引入一个跳跃相邻原子之间的相互作用用” “我们描述缺陷的断开跳互动;也就是说,我们替换通过 在有缺陷的债券交叉在图所示1。尽管这个模型非常简单模拟现实的缺陷,我们认为,该模型包含的功能缺陷的基本特征。

在目前的计算,我们设置虚拟原子之间的间距 nm。我们还设置水库和导体之间的扩散电位 电动汽车和水库的费米能级 电动汽车。跳跃相互作用的大小决定如下:跳跃的交互产生能带 ,在那里是一个波向量。对小,我们有 。平衡这个表达式 ,我们有一个关系和有效质量作为 。例如, (是电子的静止质量)对应于跳跃互动t= 1.51 eV。

我们注意,我们考虑一个方格的原子,如图1。石墨烯吸引感兴趣的特殊的能带结构的蜂窝原子阵列。调查的真正影响的缺陷,然而,我们采用了设备结构显示正常传导。

3所示。非平衡格林函数理论

格林函数是一个矩阵定义为一个方程: 在哪里是整个系统的哈密顿矩阵和代表一个单位矩阵相应的维度。跳跃的哈密顿由交互为每个原子和潜在的能量。通过将整个系统划分为三个部分,左边的水库,设备,和正确的储层,我们可以推导出方程 在哪里和哈密顿函数和格林函数的设备。的数量,称为自身能量,代表一个水库和设备之间的连接强度。理论和公式的细节都写在[13,14]。解决(2),我们得到评估,电荷密度的方程 在哪里是左(右)的费米狄拉克分布热源。从电荷密度,电子间的库仑相互作用是评估。库仑相互作用的哈密顿决定计算格林函数。我们重复这个自洽过程,直到获得一个稳定的解决方案。一旦我们有了稳定的解决方案,我们可以计算电流电压特性方程 在哪里从左边表示电子流水库(阴极)向右水库(阳极)。的数量被编写为 在(5),格林函数的元素表示振幅电子位于位置 设备到达的位置。第二个(第三)因素表明阴极之间的连接的强度(阳极)和设备。同样,电子从阳极流向阴极是由

4所示。结果与讨论

在图2,我们画出电流电压曲线结构包含一个阴极和导体之间的缺陷如下插图(右)。在计算中,我们设置了温度 。尽管有大量的变体缺陷配置,我们对待这里只有单点缺陷。这些曲线得到的导体尺寸 和 和有效质量 。我们设置了跳交互在缺陷债券 曲线标注“无缺陷”显示了当前没有缺陷时的界面。曲线标记“1”,“3”和“5”显示电流计算出结构包含一个缺陷在第一,第三,第五行,分别。我们注意到缺陷在“1”,“3”和“5”位置产生相同的结果的缺陷“10”,“8”和“6”位置,分别,因为侧对称的(-)方向。缺陷在导体之间的接口和阳极产生类似的结果,只要电压降穿过导线的间距小于能量水平导体,虽然结果没有显示。

缺陷产生电流减少,也就是说,增加阻力。阻力增加发生仅仅是因为一个缺陷防止电子流经设备。缺陷位于中间的设备产生更大的阻力增加比附近的边缘设备。在图的插图(左起)2,我们把阻力定义为 结构与缺陷th位置缺陷的位置的函数。电阻的结构没有残疾水平箭头所示。阻力的行为是由正弦函数作为虚曲线所示。

在图3,我们显示的电流电压关系= 0 ~ 1在第五的位置。当前的减少和降低。这意味着我们获得类似的结果 即使 ;虽然大小不同,电阻显示正弦位置依赖。

考虑到离散能级形成由于电子在横向方向上的约束,我们了解缺陷的位置依赖阻力。因为每个离散水平与一个正弦波函数,我们可以属性抵抗的行为缺陷位置的振幅量化横向波函数。从阴极电流注入到导体是由缺陷预防的。从阴极电流的强度到售票员取决于导体的波函数的振幅。横向波函数的振幅很小的边缘设备。因此,缺陷边缘的影响很小。相反,当缺陷位于中间的接口,目前注射在很大程度上是受到影响,和电阻变化也很大。

确定角色的横向模式的波函数,我们计算导体的电荷密度图所示4(一)。这些数据显示电荷密度的结构没有缺陷和缺陷在第一个( )、第三( )、第五( )的职位是交叉在每个图中所示。缺陷位置附近的电荷密度降低。

在图4 (b),我们绘制电荷密度的阴极和导体之间的接口,以及设在在 。电荷密度相邻缺陷由大符号表示为每个曲线。注意,曲线样条拟合的结果指导的眼睛。减少电荷密度发生的任何值。然而,曲线标记 表明大减少电荷密度时设备的缺陷位于中间的量子化的横向模式大的振幅。在图4 (c),我们也显示结构的电荷密度 在第五个地点,和缺陷。的值的曲线在0和1之间。已经显示在图3,结果 定性是相同的吗 。接下来,因此,我们显示结果评估 。

检查进一步量化横向波函数的作用,我们为更广泛的设备进行了计算。我们在图显示结果5。在这个图中,我们阴谋 ,改变电阻电阻没有规范化的缺陷缺陷位置的函数不同的价值观。注意曲线偏移,在每个曲线和开放的圆表示的值对于每一个结构。的曲线 是一样的插图,图中所示的曲线2。正如我们指出的,这条曲线是由正弦曲线拟合。随着,曲线变得平坦的高原的中间值n电阻变化,表明立场的依赖关系与设备宽度变得越来越小。的进一步增加曲线显示,浅浸约

考虑到波函数局限y方向在一个地区是由 与量子数 ,我们安装的值 与函数 我们展示了固体曲线拟合结果图5。好协议获得的量子化的横向波函数叠加的(9)。在图的插图5,我们的价值由拟合评估。对于较小的值 比其他的要大得多。这个结果表明基态横向模式,也就是说,波函数的量子数 是控制电流。随着,比横向模式 变得更大。这是因为能量量子化的国家变得更低的设备宽度增加。肤浅的倾斜的曲线 和14的参与的结果 有一个节点的状态 。

第二个国家的招生时显得更加明显的电子有效质量更大,因为高水平躺在低能量。图6显示计算结果的有效质量 。的曲线 表明,电阻变化很小,当缺陷位于中间的设备。换句话说,这个缺陷,位于中间的设备不阻止电子流入导体。这一结果表明,第二个国家,中间有一个节点设备的电流占主导地位。如插图所示的组件 状态,这中间有一个节点的设备,比别人大。

缺陷位置的依赖关系到目前为止所描述的阻力可能很难被观察到,因为困难的在准备样品含有position-controlled缺陷。我们会意识到类似的情况下利用扫描隧道显微镜(STM)技术。在图7,我们将展示电流-电压曲线与单点连接结构;也就是说,除了债券th位置在断开的接口示意图插图所示。在这种情况下,显示sine-like行为,因为中间连接的设备加大电流(即。,减少阻力)一个多连接装置的边缘附近。这种情况下的单点连接到储层实现通过使用STM作为阴极或阳极。因为只有最上面的单原子在STM提示工作作为当前的路径,电流的大小会改变取决于导体和STM的空间配置,遵循正弦函数的叠加反射在横向波函数。

我们注意到,这些计算进行了温度 。能量分离以来第一个和第二个横向国家比得上当前流有关,有些州。这些状态变化的利率的相关性逐渐与设备的大小。在这一点上,不同于现状的点接触电导量子化是由于突然改变信道状态的数量在非常低的温度下(15]。

我们必须注意,目前的模型缺陷简化得多。在一个原子论的观点,位错或空置的原子在水库可能在制造过程中生成的。如果有空缺水库中,许多(四)债券是断开连接。在计算中,我们发现,断开的债券除了界面降低电导率。这是因为,在这个模型中,我们考虑到平衡总是满意的水库。我们还确定,断开的债券y方向是微不足道的。这些结果表明,目前的模型,该模型描述了缺陷的断开的债券接口x方向把握的要点缺陷的作用。我们也忽视了散射的影响。只要我们考虑量子设备,弹道当前占主导地位,因为时间一个电子从阴极到阳极比散射特性时间短。换句话说,散射的影响并不重要。因此,我们认为,目前的效果会意识到,尽管它可以修改的影响被忽视在目前的理论。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢y Hanashiro先生他的帮助在发展中当前计算的程序代码。

引用

1. 徐c、h·李和k . Banerjee“石墨烯nano-ribbon互联的建模、分析和设计,“IEEE电子设备卷,56号8,1567 - 1578年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. w . y . Kim和k . s .金”,非常大的磁电阻的值的预测石墨烯nanoribbon设备,“自然纳米技术,3卷,不。7,408 - 412年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. h .严,j·约翰逊,m .法律et al .,“氧化锌nanoribbon微腔激光器,”先进材料,15卷,不。22日,第1911 - 1907页,2003年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. d . g . Li梁,r . l . j .秋和x p . a .高”,导热系数测量的个人Bi2Se3 nano-ribbon,自动加热3 -ω方法。”应用物理快报,卷102,不。4、第043104条,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. 陈z . j . Li俏,x, y,和m .他“氮化镓nano-ribbon戒指,”凝聚态物理学杂志》上,13卷,不。14日,L285-L289, 2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. h . m . j . Kim Lee j .垫片et al .,“柔性硅nanoribbon电子皮肤假肢。”自然通讯5卷,第5747条,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. y z l . Zhang y . p . Chen e·谢·m·张,j . x中,“铁原子的自旋极化输运性质链吸附在锯齿形石墨烯带的制作都,“物理学学报D辑:应用物理,44卷,不。21日,第215403条,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. a . Micheli a·j·戴利,d . Jaksch和p . Zoller“单原子晶体管在一维光学晶格,”物理评论快报,卷93,不。14日,第140408条,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. m . Fuechsle j . A . Miwa s·马哈et al .,“单原子晶体管,”自然纳米技术,7卷,不。4、242 - 246年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. c . Obermair f·谢,t .舒密尔“单原子晶体管:量子电子学在室温下,”学报》2009年第九届IEEE会议上纳米技术,IEEE 2009纳米ita,页439 - 441年,2009年7月。视图:谷歌学术搜索
11. j .公园,a . n . Pasupathy和j·戈德史密斯,“库仑封锁和单原子晶体管,近藤效应”自然卷,417年,第725 - 722页,2002年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. a·j·戴利,s·r·克拉克,d . Jaksch和p . Zoller”数值分析单个原子相干多体的电流的晶体管,”物理评论——原子、分子、光学物理,卷72,不。4、第043618条,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. 达塔,量子传输:原子晶体管》,剑桥大学出版社,2005年。
14. Maeda m . Morifuji和y”,增强导电性由于一维导体,当地的障碍”凝聚态物理学杂志》上,23卷,不。43岁的第435301条,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. Van Houten b . j . Van我们h·c·w·j·Beenakker et al .,“量子化电导接触点的二维电子气,“物理评论快报,60卷,不。9日,第850 - 848页,1988年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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