Исследование одноэлектронного транспорта в наноструктурах молекулярного масштаба (1103190), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Приэтом такой способ позволяет измерять истинную плотность энергетических состояний, а неперемешанную от разных участков энергетического спектра, как это ранее делалось рядомавтором в экспериментальных работах при измерении вольтамперных характеристик [10].Далее представлено сравнение вольтамперных характеристик, вычисленных для слу-20чая быстрой и медленной релаксации с имеющимися экспериментальными данными [5,А6].Подбор модельных параметров наилучшего совмещения теоретической кривой с экспериментальной был осуществлена перенормировкой модельных параметров. Модельные параметры, которые соответствуют наилучшему совмещению кривых представлены ниже:α = 1,η = 0.54,γ = 1 kB T = 0.012,Qb = 1.5e .На рис.
3 представлены экспериментальная вольтамперная характеристика и теоретическиекривые, соответствующие разным типам релаксации, смоделированные для параметровнаилучшего совпадения. Проведенное сравнение показало, что процессы туннелирования4α=1; η=0.56; γ=1I, A3Qg=1.5e; kBT=0.12ε(1)210-1-2-3и!, #и-"#$$'%, #и-$'&"$'(+(+)*!)(),,**.%0# "$"$' ' %%$$$/$и/и''1-4-800-600-400-2000200и400U T, [600800]Рис. 3.
Сравнение вольтамперных кривых рассчитанных в пределе медленной и быстройрелаксации электронов с кривой, полученной в эксперименте. Представленные на рисункетеоретические кривые, рассчитаны для параметров, обеспечивающих их наилучшее совмещение с экспериментальной кривой.электронов в молекулярном одноэлектронном транзисторе протекают сильно неравновесным образом.21Таким образом, в этой главе в комплексе рассмотрены все основные свойства транспортных характеристик молекулярного одноэлектронного транзистора и заложена основадля исследования характеристик в одноэлектронных молекулярных устройствах с большимколичеством молекулярных элементов.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1. Разработана методика рекурсивного решения системы кинетических уравнений, описывающих одноэлектронный транспорт в наноструктурах молекулярного масштабас дискретным спектром энергии в предельном случае медленной релаксации электронов в молекуле (τrel À 10−11 c) при ненулевой температуре, что позволило рассматривать особенности вольтамперных характеристик молекулярного транзисторав широком диапазоне основных параметров: например, коэффициента деления напряжения 0 < η < 1; отношения проводимостей туннельных переходов 0 < γ < 1,отношения среднего расстояния между энергетическими уровнями молекулы к характерной кулоновской энергии молекулы 0 < δ²/4ε < 2, что отражает все возможные случаи соотношения параметров в молекулярном одноэлектронном транзисторе.2.
Предложен метод быстрого расчета равновесных одночастичных функций распределения вероятности заполнения одноэлектронных уровней энергии в молекуле длясистем с количеством уровней, превышающим 104 , что позволило впервые явным образом показать при предельном переходе к непрерывному энергетическому спектрумолекулы соответствие предложенной теории электронного транспорта в мономолекулярном одноэлектронном транзисторе ортодоксальной теории одноэлектроники.3.
Впервые рассмотрен вопрос о влиянии энергетической релаксации на процесс туннельного транспорта электронов в молекулярном одноэлектронном транзисторе путем параллельного анализа предельных случаев быстрой (τrel ∼ 10−11 c) и медленной (τrel À 10−11 c) релаксации электронов в молекуле или наночастице с дискретным электронным спектром в рамках единого численного эксперимента. Это даловозможность определить степень их влияния на вид транспортных характеристиктранзистора и однозначено связать вид ВАХ с режимом протекания туннельноготока.224. На основе полученного рекурсивного решения системы кинетических уравненийвпервые предложен и разработан численный алгоритм расчета вольтамперных характеристик и характеристик управления одноэлектронных наноструктур молекулярногомасштаба с любой заданной точностью, позволивший рассчитать простыми средствами такие сложные случаи туннельного транспорта электронов в молекулярныхтранзисторах, как, например, случай малой дискретности энергетического спектра,которые любыми другими известными способами требуют существенно большеговремени для расчета при гораздо меньшей точности.5.
Предложен метод определения собственной электрической емкости объектоватомарно-молекулярного масштаба (с размерами меньше 15 ÷ 20 нм). На основеэтого метода показано, что электрические свойства молекулярных объектов непосредственно связаны с их химическими свойствами. Проведенный на основе этогометода расчет собственной емкости ряда разнотипных молекул, использованных ранее в экспериментах, показал, что основным фактором, определяющим собственнуюемкость таких объектов, является топология молекулы, а не её химический состав.6. Проведен численный расчет характеристик молекулярных одноэлектронных транзисторов в диапазоне напряжений VT ∈ [−1, 1] В, как методом имитационного моделирования, так разработанным в диссертации более точным и универсальнымметодом, основанным на рекурсивном решении системы кинетических уравнений.Путем анализа этих характеристик показано, что особенности строения дискретного энергетического спектра молекулы в области ² ∈ [−8, −3] эВ играют сравнимуюс кулоновскими эффектами роль, а в некоторых случаях являются определяющимфактором для свойств транспорта электронов в системе.
На основе проведенногоанализа предложен метод измерения плотности электронных состояний в молекулепри туннельных напряжениях, не превышающих 300мэВ.7. В результате сравнения экспериментальных ВАХ с рассчитанными показано, что вэксперименте в процессе туннельного транспорта электронов через молекулу 1,7(CH3 )2 1,2C2 B10 H9 Tl(OCOCF3 )2 реализуется, в отличие от всех традиционных одноэлектронных систем, режим их медленной релаксации, т.е.
процесс одноэлектронного23транспорта в молекулярных наноструктурах имеет, в отличие от анализировавшихсяранее систем, сильно выраженный неравновесный характер.СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИА1. V.V. Shorokhov, P. Johansson, E.S. Soldatov , "Simulation of characteristics of molecularset transistor with discrete energy spectrum of the central electrode", J.
Appl. Phys.,2002, т. 91, с. 3049–3053.А2. G.B. Khomutov, S.P. Gubin, V.V. Khanin, A.Yu. Koksharov, A.Yu. Obydenov, V.V.Shorokhov, E.S. Soldatov, A.S. Trifonov , "Formation of nanoparticles and one-dimensionalnanostructures in floating and deposited langmuir monolayers under applied electric andmagnetic fields", Colloids and Surfaces A, 2002, т. 593, c.198–200.А3.
E.S. Soldatov, S.P. Gubin, I.A. Maximov, G.B. Khomutov, V.V. Kolesov, A.N. SergeevCherenkov, V.V. Shorokhov, K.S. Sulaimankulov, D.B. Suyatin, "Molecular basednanoelectronics", Microelectronic engineering, 2003, т. 69, c.536–548.А4. V.V. Shorokhov, E.S. Soldatov, O.V.
Snigirev , "Theoretical study of characteristic of amolecule single-electron transistor", Thin solid films, 2004, т. 464–465, c.445–451.А5. E.S. Soldatov, S.P. Gubin, P. Johansson, V.V. Kolesov, A.N. Sergeev-Cherenkov, V.V.Shorokhov, K.S. Sulaimankulov , "Correlated electron tunneling in the single-moleculenanosystems", Phys. Low-Dim. Struct., 2002, т.
1–2, c.113–134.А6. С.П. Губин, Н.А. Катаева, В.В. Колесов, Е.С. Солдатов, А.С. Трифонов, Г.Б. Хомутов, В.В. Шорохов, "Нанофазные материалы в электронике - вещества, технология,устройства", Нелинейный мир, 2005, N0 1–2, c.10–26.ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА1. http://www.itrs.net/Links/2006Update/2006UpdateFinal.htm.2.
K.K. Likharev, "Sub-20-nm Electron Devices". In: "Advanced Semiconductor and OrganicNano-Techniques", Part 1, ed. by H. Morkoc, Acad. Press, 2003, New York, pp. 239-302.3. С.П. Губин, "Химия кластеров, основы классификации и строение", М.Наука, 1987.244. Д.В.Аверин, К.К.Лихарев, ЖЭТФ, "Кулоновская блокада туннелирования и когерентные осцилляции в малых туннельных контактах", 1986, т.90 N0 2, с.733.5. Е.С. Солдатов, В.В. Ханин, А.С. Трифонов, С.П. Губин, В.В. Колесов, Д.Е. Преснов,Г.Б.
Хомутов, С.А. Яковенко, "Одноэлектронный транзистор на основе одиночнойкластерной молекулы при комнатной температуре", Письма в ЖЭТФ, 1996, т.64,N0 7, с.510-514.6. Д.В. Аверин, А.Н. Коротков, "Влияние дискретности энергетического спектра накоррелированное одноэлектронное туннелирование через мезоскопически малую металлическую гранулу", ЖЭТФ, 97(5) (1990), 16612.7. C.W.J.Beenakker, "Theory of Coulomb-blockade oscillations in the conductance of aquantum dot", 1991.
Phys. Rev. B, 44, 1646.8. A.N.Korotkov, «Coulumb blockade and digital single-electron devices», in «Mol.electronics», ed. by J. Jortner and M. A. Ratner, Blackwell, Oxford, (1997), 157.9. В.И. Минкин, Б.Я. Симкин, Р.М. Миняев, «Теория строения молекул», М.: Высшаяшкола, 1979.10. D.C.Ralph, C.T. Black and M.Tinkham, «Spectroscopic Measurements of DiscreteElectronic States in Single Metal Particles», Phys.
Rev. Lett. 74(1995), 3241.11. Бурштейн Э. Бурштейн, С. Лундквист, «Туннельные являения в твердых телах»,Мир, Москва (1973)..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
