Спектры элементарных возбуждений в двупериодических одномерных системах (стр. 2 из 2)
Волновую функцию электрона, влетающего в первую цепочку, представим в виде линейной комбинации этих волновых функций:
(2.7)Рассмотрим теперь эволюцию этой волновой функции во времени. По правилам квантовой механики, получим:
, (2.8)где под Δ для удобства обозначено |Γkp|.
Учитывая ортогональность функций Ψ1 и Ψ2, которые для электронов имеют вид блоховских функций, следуя [6], получим для средней скорости первого электрона на уровне Ферми:
(2.9)или, с учетом того, что
(2.10)То есть, скорость электрона на уровне Ферми является суперпозицией двух слагаемых, в которых присутствуют скорости на уровне Ферми для первой изолированной цепочки и для второй. Аналогично, для второй цепочки:
(2.11)Рассмотрим два граничных случая, когда
и 
.В первом случае усреднением заменяем
и 
на 1/2: 
(2.12)Во втором случае
, 
: 
(2.13) 
(2.14)Сразу видно, что во втором случае в выражении для времени релаксации электронов не будет никаких изменений, не изменится вид формулы (2.2), а значит, и формула Ландауэра не изменится.
Рассмотрим подробнее первый случай. Проводимость системы из двух параллельных одностеночных трубок определяется выражением:
(2.15)Проводимость двустеночной трубки:
(2.16)Видно, что и в этом случае формула Ландауэра остается справедливой.
Выводы
Целью данной работы было исследование электронного спектра и проводимости в двустеночных нанотрубках. С помощью упрощенной модели, представляющей собой две параллельные регулярные цепочки атомов, было показано, что в таких нанотрубках происходит перекрытие зон, что приводит к изменению положения уровня Ферми, а также его расщеплению. Величина этого расщепления была определена численно в программе, листинг которой приведен в приложении. При реалистичных значениях параметров расщепление оказалось достаточно малым, порядка 10-5 эВ. При этом изменяется и скорость электронов на уровне Ферми. Очевидно, что в такой идеальной системе рассеивание электронов должно происходить на контактах, поэтому время релаксации будет зависеть только от средней скорости движения электронов. Было проанализировано выражение для средней скорости движения электронов и показано, что в предельных случаях высоких и низких частот в двустеночных системах формула Ландауэра остается справедливой.
Список использованных источников
1. Wildoer J.W.G., Venema L.C., Rinzler A.G., Smalley R.E., Dekker C. Electronic structure of atomically resolved carbon nanotubes // Nature – 1998. – V.391. – P.59 -62.
2. Odom T.W., Huang J.L., Kim P., Lieber C.M. Structure and electronic properties of carbon nanotubes // J. Phys. Chem. B – 2000. – V.104(13). – P.2794-2809.
3. Тищенко С.В. Зонная структура и межзонные переходы в углеродных нанотрубках: Дис., 01.04.02 – Одесса, 2007. - 100 с.
4. Landauer R. Electrical resistance of disordered one-dimensional lattices // Phyl. Mag. – 1970. – V.21 – No 172. – P.863-867.
5. Buttiker M., Imry Y., Landauer R., Pinhas S. Generalized many-channel conductance formula with application to small rings // Phys. Rev. B – 1985. – V.31. – P.6207-6215.
6. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников – М.: Наука, 1978. – 616 с.
Приложение А. Алгоритм программы для вычисления величины расщепления в спектре упрощенной модели двуслойной нанотрубки в виде двух параллельных цепочек атомов
Содержимое файла stdafx.h:
#include <stdio.h>
#include <tchar.h>
#include <math.h>
class Complex
{
public:
double real;
double image;
Complex() {}; // Конструктор по умолчанию
Complex(double r) { real = r; image = 0; } // Конструктор
Complex(double r, double i) { real = r, image = i; } // Конструктор
~Complex() {} // Деструктор
double absolute() // Модуль комплексного числа
{
return sqrt(real * real - image * image);
}
Complex operator+(Complex &); // Перегрузка оператора сложения
Complex operator-(Complex &); // Перегрузка оператора вычитания
Complex operator*(Complex &); // Перегрузка оператора умножения
Complex operator/(Complex &); // Перегрузка оператора деления
};
Содержимое файла Gammakp.cpp:
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <math.h>
using namespace std;
#define N 30
#define a 1.0
#define b 1.1
#define d 0.5
// Перегрузка +
Complex Complex::operator+(Complex &fp1)
{
fp1.real = real + fp1.real;
fp1.image = image + fp1.image;
return fp1;
}
// Перегрузка -
Complex Complex::operator-(Complex &fp1)
{
fp1.real = real - fp1.real;
fp1.image = image - fp1.image;
return fp1;
}
// Перегрузка *
Complex Complex::operator*(Complex &fp1)
{
double i, j;
i = real * fp1.real - image * fp1.image;
j = real * fp1.image + fp1.real * image;
fp1.real = i;
fp1.image = j;
return fp1;
}
// Перегрузка /
Complex Complex::operator/(Complex &fp1)
{
double k, i, j;
k = fp1.real * fp1.real + fp1.image * fp1.image;
i = (real * fp1.real + image * fp1.image) / k;
j = (fp1.real * image - real * fp1.image) / k;
fp1.real = i;
fp1.image = j;
return fp1;
}
int main()
{
Complex Gkp;
double m;
int i,j;
for(i=0;i<N;i++)
for(j=0;j<N;j++)
{
Gkp.real=0;
Gkp.image=0;
Gkp.real=Gkp.real+1/(double)N*exp(-1/a*sqrt(pow(i*a-j*b,2)+d*d))*cos(6.28*i-6.28*j);
Gkp.image=Gkp.image-1/(double)N*exp(-1/a*sqrt(pow(i*a-j*b,2)+d*d))*sin(6.28*i-6.28*j);
}
Gkp.real=pow(Gkp.absolute(),2);
cout<<"Gkp"<<" "<<Gkp.real<<"\n";
getchar();
}