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奈米碳管的能隙調變

2011/02/08 | 未分類 |

Original publish date:May 03, 2003

編輯 Tzu-Ming Lu 報導

在2003年四月的Physical Review Letters中,康乃爾大學的E.D.Minot等人提出對奈米碳管(carbon nanotube)施加應力以產生應變,並量測相對應的能隙變化的方法。他們發現對金屬性的奈米碳管而言,受到應力會使能隙變大,而對半導性的奈米碳管則有可能變大或變小。

研究人員在矽基板上成長奈米碳管,半徑介於1-10 nm之間。在奈米碳管兩側加上以金為材料的金屬接點後,再以HF將奈米碳管下方的矽基板蝕刻移去,如此使得奈米碳管就像一座跨在空谷上方的橋樑一樣。

之後利用原子力顯微鏡(AFM, atomic-force microscope)的尖端對準奈米碳管的中央施加應力,AFM的尖端同時也作為奈米碳管閘極(gate)的電壓來源。在適當的情形下,所施加的應力和所產生的應變大致成線性關係。記錄下施加的應力以及在不同閘極電壓下奈米碳管的導電率,可推知相對應的能隙變化。

他們發現,不同的奈米碳管,能隙有不同的變化:兩種半導性的奈米碳管在應力作用下能隙會減少,一種半導性和兩種金屬性的奈米碳管能隙會增加,而有兩種金屬性的奈米碳管能隙變化不大。

2000年L. Yang以及J. Han曾對奈米碳管在有應變下的能隙變化作出預測,這次的實驗結果數據的等級和預測相符合,同時可利用實驗結果反推出某些參數,例如奈米碳管的chiral angle[註]。不過亦有其他的人主張,有其他的因素影響了實驗結果,例如E. D. Minot等人所使用的奈米碳管結構可能是多層奈米碳管 (Multi-Walled CNTs),使得能帶彼此交互作用,而產生所觀察到的實驗結果。

註:奈米碳管的chiral angle定義為奈米碳管的中心軸和碳原子形成六邊形的中心軸的夾角,會影響奈米碳管是金屬性或是半導性。

參考論文:
E.D. Minot, Y. Yaish, V. Sazonova, J.-Y. Park, M. Brink, and P.L. McEuen. Tuning Carbon Nanotube Band Gaps with Strain. Phys. Rev. Lett. 90, 156401. 18 April 2003

參考來源:

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