برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۵/۲۷ تا ۱۳۹۷/۰۶/۰۲

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۶۰۵
  • بازدید این ماه ۳۴
  • بازدید امروز ۱
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

ویژه المپیاد دانش‌آموزی

طرح درس

منابع پیشنهادی نهمین المپیاد دانش آموزی نانو

نویسندگان
امتیاز کاربران

عوامل موثر در ایجاد ویژگی‌های منحصر به فرد ساختارهای کوانتومی

مقدمه:

     در این مقاله به بررسی مختصری از برخی عوامل که به طور مستقیم یا غیرمستقیم در ایجاد خواص و ویژگیهای قابل توجه ساختارهای کوانتومی نقش دارند، خواهیم پرداخت.
1-1- اثر اندازه ساختار کوانتومی و نسبت اتم‌های سطحی

     یکی از موارد حائز اهمیت در مورد ساختارهای کوانتومی، تعداد اتم‌هایی (یا در صد اتم‌ها) است که در سطح ساختار آنها قرار می‌گیرند. اگر هر ساختار نقطه کوانتومی را متشکل از واحدهای سازنده هم شکلی به نام سلول واحد در نظر بگیریم و تعداد این سلول‌های واحد را در هر شبکه مکعبی شکل، با n نمایش دهیم؛ آن وقت می‌توان نشان داد که روابط زیر برای تعداد اتم‌های روی سطح Ns و تعداد کل اتم‌ها NT برقرار است:

filereader.php?p1=main_c16a5320fa475530d

برای n های کوچک درصد بزرگی از اتم را روی سطح قرار می‌گیرند؛ ویژگی های منحصر به فرد نانومواد نیز تا حد زیادی برخاسته از همین عامل است.

1-2- پویش آزاد میانگین

     حرکت حامل‌های بار (الکترون یا حفره) درون یک نیمه‌رسانا یا رسانا بر اثر اعمال میدان الکتریکی خارجی، گهگاه به علت وجود نقوص و یا فنون دچار اختلال در ادامه مسیرشان شده و پراکنده می‌شوند. حامل‌های بار در میان هر دو برخورد مسیری را طی می‌کنند که پویش آزاد میانگین ℓ نامیده می‌شود. اگر حامل بار با سرعت v در حال حرکت باشد و در هر ζ ثانیه یک برخورد و پراکندگی از مسیر را تجربه کند رابطه زیر بدست می‌آید:

filereader.php?p1=main_6364d3f0f495b6ab9

به عبارت دیگر پویش آزاد میانگین معیاری از مقاومت یک رسانا یا نیمه رساناست. هرچه ابعاد یک ساختار کوچکتر باشد به دلیل کاهش نقوص موجود، مسیر آزاد میانگین کاهش یافته و در نتیجه رسانایی ساختار افزایش پیدا می‌کند؛ البته وقتی ابعاد میکروبلورهای سازنده ماده پلی کریستال(چند بلوری) به ℓ یا کوچک‌تر از آن می‌رسد، این مقاومت، اغلب به مرز میان بلورها بستگی دارد و نه به پویش آزاد میانگین.

filereader.php?p1=main_182be0c5cdcd5072b

1-3- الکترون رسانش و تعداد ابعاد

     در یک ماده رسانای توده، الکترون‌ها می‌توانند بدون محدودیت و آزادانه در سرتاسر ماده حرکت کنند. حال اگر ماده توده را از یک بعد کوچک کنیم و دو بعد دیگر را در مقیاس ماکرو نگه داریم و به ساختار چاه کوانتومی برسیم، الکترون های رسانش از بعد باریک دارای محدودیت شده و به عبارتی در آن بعد محبوس می‌شوند و تنها قادر به تحرک در دو بعد دیگر _ صفحه _ خواهند بود. اگر دو بعد را کوچک کنیم و به ساختار سیم کوانتومی برسیم آنگاه الکترون‌ها از بعد محدود شده و در جهت‌های عرضی توانایی حرکت نخواهند داشت و تنها در طول سیم می‌توانند آزادانه حرکت کنند. نهایتا اگر هر سه بعد را آنقدر کوچک کنیم تا ساختار نقطه کوانتومی را داشته باشیم، هیچ جایی برای جابه‌جایی و تحرک الکترون‌ها وجود نخواهد داشت.

1-4- گاز فرمی(Fermi) و چگالی حالات

     از آنجا که تعداد حالات الکترون در یک نوار الکترونی (ظرفیت یا رسانش) بسیار زیاد است؛ برای بیان حالت الکترون از مفهوم چگالی حالات استفاده می‌شود. به عبارت دیگر تعداد حالات در دسترس در واحد انرژی را چگالی حالات می‌گویند.
قوانین فرمی که به وسیله چگالی حالات، مجموعه‌ای از حالات انرژی در دسترس و دما مشخص شده‌اند؛ می توانند پراکندگی انرژی در یک گاز فرمی را در حالت تعادل گرمایی تعیین کنند. طبق قوانین پاول، هیچ حالت کوانتومی نمی‌تواند با بیش از یک فرمیون با مجموعه اعداد کوانتومی یکسان اشغال گردد.

filereader.php?p1=main_1c383cd30b7c298ab

چگالی حالات در تعیین ویژگی‌های الکتریکی، گرمایی و سایر خواص رساناها و نیمه‌رساناها بسیار پراهمیت هستند. همچنین چگالی حالات می‌تواند مشخص کند که چرا ویژگی‌های فوق تا این حد به ابعاد ماده وابسته است.
 
filereader.php?p1=main_19ca14e7ea6328a42

1-5- چاه پتانسیل

     طبق آنچه در مورد الکترون‌های رسانش گفته شد، در ماده توده الکترون‌ها با محدودیتی در قبال حرکتشان مواجه نیستند و آزادانه حرکت می‌کنند اما با ورود ماده رسانا به محدوده نانومتری، اثرات محدودیت بر الکترون‌ها نمایان می‌گردد. به عبارت دیگر حرکت الکترون‌ها به واسطه دامنه فیزیکی حرکتشان محدود می‌شود؛ بنابراین اثر نیروهای الکترواستاتیکی بیش از پیش مشخص می‌گردد. در اینجا اینگونه می‌گویند که الکترون‌ها درون چاه پتانسیل که ناحیه‌ای بسته از انرژی منفی است؛ متوقف می‌شوند. در واقع مشخصات این چاه پتانسیل تعیین کننده خواص رسانش و سایر خواص مواد در محدوده کوانتوم خواهد بود.

filereader.php?p1=main_a5bfc9e07964f8ddd


منابـــع و مراجــــع

1- کتاب مقدمه‌ای بر نانومواد، تالیف چارلز پی پول، ترجمه نیما تقوی نیا

2- Zhen.Guo, Li.Tan, Fundamentals and application of Nano materials

3- A.K.Bandyopadhyay, Nano materials

4- Edited by Yory.Gogotsi, Nano materials Handbook

5- Klaus.D.Sattler, Hand book of NanoPhysics: Nano particles & Quantom Dots

6- www.wikipedia.org