Разогрев пучков металлических углеродных нанотрубок в режиме проводимости жидкости Латтинжера

Abstract

Исследована проводимость пучков углеродных одностенных нанотрубок с металлической проводимостью (металлических нанотрубок) в широком температурном интервале 4,2–330 К и в электрических полях до 50 В. Использование коротких электрических импульсов, длительностью 10 нс позволило исключить влияние разогрева исследуемых структур на характеристики вольт-амперных зависимостей. Показано, что зависимость проводимости от температуры описывается степенной функцией G ∝ Tα. Асимптотическая зависимость тока от приложенного напряжения при гелиевых температурах близка к J ∝ V¹⁺α, причем α = 0,45. Путем сравнения полученных результатов измерений с расчетами показано, что проводимость пучков нанотрубок хорошо описывается в рамках теории проводимости по механизму жидкости Латтинжера для одномерных проводников. Разогрев пучков углеродных нанотрубок наблюдался в случае измерений в режиме постоянного тока. Предложен метод определения температуры разогрева пучков нанотрубок в зависимости от приложенного электрического поля. Выше некоторого порогового напряжения наблюдалась степенная зависимость температуры разогрева от напряжения T ∝ VP с показателем степени p = 2,1 в интервале температур 4,2–200 К, выше 200 К показатель степени уменьшался до значения p = 1,35.

Досліджено провідність пучків вуглецевих одностінних нанотрубок з металевою провідністю (металевих нанотрубок) у широкому температурному інтервалі 4,2–330 К та в електричних полях до 50 В. Використання коротких електричних імпульсів тривалістю 10 нс дозволило виключити вплив розігріву структур, які досліджуються, на характеристики вольт-амперних залежностей. Показано, що залежність провідності від температури описується степеневою функцією G ∝ Tα. Асимптотична залежність струму від прикладеної напруги при гелієвих температурах близька до J ∝ V¹⁺α, причому α = 0,45. Шляхом порівняння отриманих результатів вимірів з розрахунками показано, що провідність пучків нанотрубок добре описується у рамках теорії провідності по механізму рідини Латтінжера для одновимірних провідників. Розігрів пучків вуглецевих нанотрубок спостерігався у разі вимірів в режимі постійного струму. Запропоновано метод визначення температури розігріву пучків нанотрубок залежно від прикладеного електричного поля. Вище за деяку порогову напругу спостерігалася степенева залежність температури розігріву від напруги T ∝ VP з показником степеня p = 2,1 в інтервалі температур 4,2–200 К, вище 200 К показник степеня зменшувався до значення p = 1,35.

The conductivity of metal single-wall carbon nanotube bundles was investigated in the temperature range 4.2–330 K and electric fields up to 50 V. Short electrical pulses of 10 ns duration, allowed us to exclude the effect of heating on the current-voltage characteristics. The temperature dependence of conductivity is shown to be given by the power function G T ∝ 0.45. At helium temperatures the asymptotic dependence of current on voltage is close to J∝V¹⁺α at α = 0.45. Comparison between the measured and the calculated data demonstrates that our results is well described in the framework of the Luttinger liquid conductivity. The self-heating of the carbon nanotube bundles was observed in the DC regime of measurements. A method for determine a temperature of the self-heating of nanotube bundles as a function of applied electric field was proposed. Above some threshold value of voltage a power low dependence of self-heating temperature on voltage T V ∝ p was observed with the exponent p = 2.1 in the range 4.2–200 K and p = 1.35 above 200 K.