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应变单壁碳纳米管的I-V特性与电导率

DOI：10.1016/j.physleta.2018.12.003 期刊：Physics Letters A 出版年份：2018 更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要： 我们提出了一种研究应变单壁碳纳米管（SWCNTs）I-V特性和电导率的新方法。这些电子输运特性已在零温条件下，针对锯齿型、扶手椅型和手性SWCNTs在一维张力和扭转应变影响下进行了理论研究。采用紧束缚近似下的能谱解析表达式，通过Landauer-Büttiker形式体系计算了诱导电流和电导率。研究表明：未应变碳纳米管在初始电压值下的电导率会呈现离散值——半导体型SWCNTs为0，导体型SWCNTs为4(e2/h)。I-V特性中扭结的出现源于SWCNTs的离散电子能谱，其位置和数量会随应变过程改变。扶手椅型(5,5)CNT在扭转应变作用下电导率降至零，因此该导体型SWCNTs会在临界应变值转变为半导体型；而施加一维张力时其电导率完全不变。锯齿型(10,0)CNT表现出不同行为：一维张力和扭转应变分别导致其电导率快速下降和轻微降低。研究发现手性(10,9)CNT的电导率受所考察应变影响不显著。更有趣的是，我们采用紧束缚近似研究了手性(10,9)CNT在一维张力和扭转应变下的能带结构。
作者： M.J. Majid
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研究概述 实验方案

研究目的

研究单轴拉伸和扭转应变作用下应变单壁碳纳米管的I-V特性与电导率。

研究成果

研究表明，单壁碳纳米管（SWCNTs）的电子输运特性对机械应变高度敏感，其影响程度因碳纳米管类型（扶手椅型、锯齿型、手性型）及施加应变类型（单轴拉伸、扭转应变）而显著不同。扶手椅型碳纳米管的电导率会因扭转应变发生显著改变，在特定应变阈值下可从导体转变为半导体，而单轴拉伸对其影响微乎其微。锯齿型碳纳米管在单轴拉伸下电导率降低，手性型碳纳米管在应变作用下电导率变化极小。这些发现表明，机械应变是调控碳纳米管电子特性以实现纳米电子应用的有效方法。

研究不足

该研究是理论性的，未考虑实验变量，例如零度以上温度效应、散射效应，或在碳纳米管中施加超出弹性极限应变而不导致晶格断裂的实际限制。

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