Szén nanocsövek elektronikus tulajdonságainak vizsgálata alkáli atom interkalációval
Szén nanocsövek elektronikus tulajdonságainak vizsgálata alkáli atom interkalációval
Dzsaber Sami, MSc I. évf.
A szénalapú nanoszerkezetek kutatása mintegy 30 évre tekint vissza; az 1985-ben felfedezett fulleréneket [1] 1991-ben követték a többfalú szén nanocsövek [2], 1993-ban az egyfalú szén nanocsövek majd legutóbb 2004-ben a grafén [3]. A területen folyó munka számos új fizikai jelenség megismeréséhez vezetett el mint pl. a ballisztikus elektrontranszport vagy az egydimenziós vezetékek. Az alkalmazások területén jelenleg is intezív munka folyik, de általában elmondható, hogy ezen anyagoktól reméljük és remélhetjük az emberiség nagy problémáinak megoldását mint pl. a fenntartható fejlődést az energia termelés és tárolás, informatika, orvostudomány és űrkutatás területén.
Az alkáli atommal történő dópolás lehetőséget ad arra, hogy a szénalapú nanoszerkezeteken az elektronszámot kontrollált módon változtassuk mely lehetővé teszi sávszerkezetük letapogatását, továbbá a szigetelő-vezető fázisátalakulás megfigyelését. Az szénalapú nanoszerkezetek kutatási módszerei közül kiemelkedik a Raman spektroszkópia, ami az azonos atomokból álló anyagokban dipólusmomentum híján az infravörös spektroszkópia alternatívája és olyan lényeges tulajdonságok vizsgálatára alkalmazható mint a minták tisztasága, elektronikus és rezgési tulajdonságai.
Dolgozatomban Kálium atommal dópolt többfalú szén nanocsövek előállításának folyamatát és vizsgálatát céloztam meg. A grafit-interkalált anyagokhoz hasonlóan kiderül, hogy itt is egyértelműen azonosíthatunk termodinamikailag stabil, KCX sztöchiometriával rendelekező kristály szerkezeteket (x =8,24,36,…) ún. „stage”-eket [1] , mellyel szoros összefüggésben áll az anyag fémességével [1] . Mind a fémesség meghatározására, mind pedig az interkalálási stage azonosítására lényegesnek bizonyult a Raman spektroszkópia, hiszen a vezetési elektronok megjelenése asszimetrikus kiszélesédéshez vezet a Raman G módusban, mely a szén atomok tangenciális irányú rezgéseihez tartozik. A szaturációs interklálás (stage-1) pedig új, a dópolatlan nanocsőben tiltott rezgési módusok megjelenéséhez vezet.
A dolgozatomban bemutatott eredmények segíthetnek a jövőbeni energiatárolás területén alkalmazható újszerű anyagok megértésében.
Irodalom:
[1] M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, Intercalation compounds of graphite Advances in Physics, 2002, Vol. 51, No. 1, 1-186
[2] Sumio Iijima. Nature, 354:56–58, 1991
[3] K. S. Novoselov et al Science, 306:666–669, 2004
