Nanocsövek állapotsűrűségének kísérleti vizsgálata Veres Miklós MTA SZFKI

A nanocsövek sávszerkezete grafitsík diszperziója Állapotsűrűség A nanocső tengelyére merőlegesen a hullámvektor kvantált

Állapotsűrűség félvezetőfémes (n 1,n 2 )n 1 -n 2 ≠3in 1 -n 2 = 3i Állapotsűrűség a Fermi nívón n(E F ) = 0n(E F ) ≠0 VHS távolsága a Fermi nívótól VHS gapE g = 2γ 0 a 0 /dE g = 6γ 0 a 0 /d VHS gap értéke 0,5 – 0,6 eV1,6 - 1,9 eV (VHS - van Hove szingularitások) fémesfélvezető

Állapotsűrűség A VHS Maximumok helye a nanocső átmérőjétől függ, amit a királis vektor határoz meg.

Pásztázó alagútspektroszkópia Egy adott pontban mérik az alagútáramot a tű és a minta közötti feszültség függvényében. dI/dV – differenciális vezetőképesség Az alagútáram nagyságát befolyásolja az állapotsűrűség.

Pásztázó alagútspektroszkópia J.W.G. Wildöer et al. Nature 391 (1998) 59 Au felületre helyezett nanocsövek Az Au felület elektronokkal dopolja nanocsöveket. Jó egyezés az elméletileg meghatározott VHS gap értékekkel.

Pásztázó alagútspektroszkópia Az állapotsűrűséget a dI/dV differenciális vezetőképesség helyett jobban tükrözi a (dI/dV)(I/V) normált differenciális állapotsűrűség J.W.G. Wildöer et al. Nature 391 (1998) 59

Pásztázó alagútspektroszkópia fémes félvezető Au felületen Nanocső köteg Au felületen T.W. Odom et al. Nature 391 (1998) 62

A görbület hatása zigzagarmchair A görbület hatására a nanocső Fermi pontjai eltolódnak a grafén Brillouin zónájának K pontjaiból, a cső hossztengelyére merőlegesen. Ez kisméretű gap megjelenését kellene okozza E F körül.

Pásztázó alagútspektroszkópia Fémes nanocsöveken alacsony hőmérsékleten végzett mérések A gap nagysága fordítottan arányos a cső átmérőjével Min Oujang et al. Science 292 (2001) 702

Pásztázó alagútspektroszkópia Armchair nanocsöveken alacsony hőmérsékleten végzett mérések Min Oujang et al. Acc. Chem. Res. 35 (2002) 1018 A kötegben levő nanocsövek szimmetriája sérül a szomszédos nanocsövekkel való kölcsönhatás következtében. Ez pseudogap megjelenését okozza a Fermi nívón.

Raman spektroszkópia Fényszórás monokromatikus fénnyel Rugalmatlan szórás Rugalmas szórás Rugalmatlan szórás Szórt fény spektruma a gerjesztő fény hullámhosszához képest  A rugalmatlan szórás csak akkor megfigyelhető, ha a szórási folyamat során megváltozik a közeg polarizálhatósága.  Az eltolódás mértéke nem függ a gerjesztő fény hullámhosszától.  A rugalmatlan szórás valószínűsége kicsi, minden 10 8 fotonból egy szenved rugalmatlan szórást.  Az eltolódás mértéke függ a közeg tulajdonságaitól.  A rugalmatlan szórás a közeg elemi gerjesztésein (általában fononokon) történik.

Raman spektroszkópia k L, k S ≈ 10 4 cm -1 q ≈ cm -1 A foton hullámvektor változását a fononnak kell konpenzálnia. k L, k S << q A szórásban csak Brillouin zóna közepén található fononok vesznek részt.

Raman spektroszkópia A Raman spektroszkópia a nanocső összevont állapotsűrűségét tükrözi. Ha a gerjesztő lézer energiája megközelíti a közeg egy valós átmenetének energiáját, a Raman szórás intenzitása néhány nagyságrenddel megnő. Ez a rezonáns Raman szórás. A rezonáns Raman szórás állapotsűrűség maximumok közelében a legerősebb.

Rezonáns Raman gerjesztési profil Intenzitás (tetsz. egys.) Gerjesztés energiája (eV) Gerjesztő energia

Radiális lélegző módus (RBM) Frekvenciája függ a nanocső átmérőjétől armchairzig-zag

Raman spektroszkópia A.Jorio et al. Phys. Rev. B 63 (2001) Gerjesztés: 1, ,722 eVA 173,6 cm -1 sáv gerjesztési profilja A csúcs aszimmetrikus alakja két VHS-t feltételez ebben az energiatartományban

Raman gerjesztési profil A többféle lehetséges nanocső közül ehhez az értékhez az 1,43 nm átmérőjű (18, 0) nanocső gapje vana legközelebb. VHS gap: 1,655 eV Fémes nanocső A 173,6 cm -1 frekvenciájú RBM módus alapján a nanocső átmérője 1,42 – 1,44 nm.

A van Hove szingularitások felhasadása