با توجه به پتانسیل تکنولوژیکی بالایی که دارند، اخیراً مورد توجه فراوانی قرار گرفته و به واسطه اثرات کوانتومی منحصر به فردی که از خود نشان می دهند از جذابیت زیادی برخوردارند. در این مقاله پیشرفتهای صورت گرفته در ساختار نانوسیم ها براساس دو روشی که یكی به کمک قالب و دیگری به کمک لیزر عمل می نمایند، مورد بررسی قرار گرفته و همچنین ساختار و مشخصات سیستمهای مختلف نانوسیم ها مورد بحث واقع شده است. برای آگاهی از خواص غیرمعمول نانوسیم ها و نیز پیش بینی این خواص، یک مدل تئوری برای ساختارهای نواری سیستم های یک بعدی بسط داده ایم. اتصال منحصر به فرد نیمه رسانا- نیمه فلز در نانوسیم بیسموت نیز در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است. اندازه گیری کمیتهای انتقالی نانوسیم های بیسموت و آنتیموان نشان می دهد که تفاوتهای زیاد با نقاط نظیر در توده آنها وجود دارد. همچنین یک مدل انتقالی که براساس محاسبات ساختاری نواری استوار گشته است جهت تفسیر نتایج آزمایشگاهی و نیز دستیابی به یک بینش صحیح درباره پدیده های انتقال در سیستم های نانوسیمی ارائه شده است.
1- مقدمه
مواد نانو ساختار به لحاظ اهمیت اساسی و پتانسیل های کاربردیشان در حوزه های مختلف شیمی، فیزیک، بیولوژی و علم مواد در سالهای اخیر به طور فزاینده ای مورد توجه قرار گرفته اند. در حوزه تجهیزات الکترونیکی و نوری، کوچک سازی و مینیاتوری کردن قطعات و افزایش چگالی ظرفیتی آنها، طیف گسترده ای از تحقیقات نانو فناوری را به خود اختصاص داده است. تکنیکهای متعددی جهت ساخت نانوساختارها توسعه یافته اند که از این میان می توان به لیتوگرافی اشعه الکترونی، رسوب بخار شیمیایی (CVD) و روشهای خودآرائی اشاره نمود.
نانو ساختارها طبقه جدیدی از مواد را ارائه داده اند که دارای خواص متفاوتی در مقایسه با انواع مولکولی و ساختارهای توده ای حالت جامد هستند. وجود اثرات کوانتومی، رفتار منحصر به فردی که می تواند در قطعات جدید الکترونیکی، نوری، مغناطیسی و ترموالکتریکی مورد استفاده قرار گیرد را تشدید می کند. ساختارهای متعدد چاه کوانتومی جهت تمرکز مطالعات درسیستم های نانویی از شانس بیشتری برخوردارند. در این سیستم ها دستگاههای کاربردی به دو بعد محدود شده اند. در مقایسه، انتظار می رود نقاط کوانتومی صفر بعدی و نانوسیم های یک بعدی، حتی اثرات کوانتومی قویتری نیز داشته باشند. شاید بتوان گفت نانوسیم ها بیشترین سهم را جهت ساخت قطعات الکترونیکی جدید دارا می باشند چرا که آنها نسبت به ساختارهای دو بعدی، اثرات کوانتومی چشمگیرتری را از خود نشان داده و بر خلاف اکثر سیستم های صفر بعدی ،پیوستگی خواص انتقالی خود را در طول محور سیم حفظ می کنند. این مقاله درباره روشهای ساخت، ساختار و خواص انتقالی در سیستم های نانوسیمی به ویژه در حوزه کاربرد الکترونیکی، توضیحاتی ارائه می دهد، همچنین یک مدل تئوری عمومی برای ساختار نواری سیم های کوانتومی که بروز رفتارهای جدید در این سیستم ها مستقیماً به این ساختارهای نواری مربوط می شود، در این مقاله ارائه شده است. علاوه بر این، یک مدل انتقالی نیمه کلاسیک توسعه داده شده است که به وسیله این مدل خواص انتقالی غیرمعمول که در آزمایشات مربوط به سیستم های نانوسیمی مشاهده گشته قابل توجیه است و میتوان آن را با رفتار پیش بینی شده مورد مقایسه قرار داد.
2- مشخصات ساختاری و روشهای ساخت نانوسیم ها
تهیه سیستم های کوانتومی یک بعدی، یکی از بزرگترین چالشهای موجود در ساخت مواد است. سنتز مداوم و با شفافیت بالای نانوسیم ها از اساسی ترین حوزه های مطالعاتی در زمینه پدیده های کوانتومی در سیستم های کم بعد می باشد. در دهه گذشته در زمینه روشهای دستیابی به نانوسیم ها به وسیله تکنیکهایی نظیر تزریق در فشار بالا، رسوب بخار، رسوب الکتروشیمیایی، توانایی لیزری، تبخیر دمایی، انتشار اشعه مولکولی و لیتوگرافی اشعه الکترونی پیشرفتهای شایانی صورت گرفته است. بکارگیری این روشهای متعدد منجر به تولید طیف وسیعی از مواد نانوساختار یک بعدی می شود. اگرچه از برخی روشها فقط در موارد خاص استفاده می شود اما قطعاً هر روش در رابطه با قطر نانوسیم، شفافیت آن، هزینه های ساخت و توانایی تغییر اندازه با محدودیتهایی مواجه است. در این مقاله تکنیکهای ساخت نانوسیم ها مورد بازبینی قرار گرفته و ساختار نانوسیم تولید شده مورد بحث قرار خواهد گرفت. مهمترین روشها در ساخت نانو سیم ها عبارتند از:
1. سنتز به کمک لیزر
2. تزریق تحت فشار
3. رسوب الکتروشیمیایی
4. رسوب بخار
در قسمتهای بعدی این مقاله درباره هریک از روشهای فوق توضیحاتی ارائه خواهد شد.
تصویر SEM از نانوسیم ZnO
ادامه دارد...
