ИСТИНА

Рассмотрен процесс формирования, атомная структура и электронное строение нанокомпозитов 1D кристалл@ОСНТ, формируемых заполнением внутренних каналов одностенных углеродных нанотрубок одномерными кристаллами галогенидов и халькогенидов металлов. Проведен анализ влияния атомного строения и химической природы внедряемых соединений на электронную структуру одностенных углеродных нанотрубок. Проиллюстрировано отклонение электронной структуры X@ОСНТ от модели жестких зон, обусловленное химическим связыванием внедренного нанокристалла и ОСНТ и реализуемое путем формирования обобществленных локализованных электронных состояний между d-орбиталями металла и 2pz-орбиталями углерода. Рассмотрены эффекты диаметра ОСНТ и размерности графенового листа на электронное строение и возможность возникновения химической связи между стенками ОСНТ и нанокристаллом “гостя”. Представлены результаты по возможности формирования квази-свободных одномерных нанокристаллов. В рамках работы разработаны методы прецизионного контроля локальной электронной структуры и транспортных свойств углеродных нанотрубок с помощью контролируемой интеркаляции (методами капиллярной конденсации паров, капиллярной внедрения жидких сред и непосредственно проведения химических реакций в каналах ОСНТ) и деинтеркаляции (с использованием облучения фокусированным электронным пучком) различных неорганических соединений во внутренние каналы ОСНТ диаметром 1.2-1.6 нм. Разработанные методы использованы для формирования прототипов диодов и полевых транзисторов на основе интеркалированных одностенных углеродных нанотрубок. Предлагаемый подход основан на создании перехода металл-полупроводник (или p-n перехода) в пределах одиночной нанотрубки с использованием локального изменения электронной структуры ОСНТ путем внедрения во внутренний канал нанотрубки вещества, энергия Ферми которого лежит заметно выше или ниже уровня Ферми π-сопряженной системы орбиталей углеродной НТ. При этом контролируемая интеркаляция и деинтеркаляция кристаллического вещества в каналы ОСНТ позволяет сформировать частичное заполнение канала, и образовать, таким образом, переход в пределах единичной ОСНТ. В рамках работы проведены исследования, направленные на экспериментальное и теоретическое изучение распределения электронной плотности при внедрении нанокристаллов различных соединений во внутренний канал нанотрубки, определение типов взаимодействия между интеркалированным веществом и каркасом ОСНТ, изучение стабильности кристаллов при различных воздействиях (температурном; воздействии электронным пучком) и возможности создания простейших элементов наноэлектроники (диода и транзистора) на основе интеркалированных одностенных углеродных нанотрубок. На основании анализа широкого спектра нанокомпозитов X@ОСНТ показано, что изменение электронной структуры ОСНТ при внедрении во внутренний канал определяется степенью перекрывания C2pz-орбиталей и зависит от частичного заряда на нанокристалле. На основании установленных закономерностей показана возможность контролируемого допирования ОСНТ путем внедрения различных неорганических соединений и создания электронных устройств на основе композитов. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 14-13-00747).