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Quantum transport in defective carbon nanotubes at mesoscopic length scales
| العنوان: | Quantum transport in defective carbon nanotubes at mesoscopic length scales |
|---|---|
| بيانات النشر: | 2018-11-23 2019-03-22 2019-07-17 |
| تفاصيل مُضافة: | Schreiber, Michael Schuster, Jörg Schreiber, Michael Frauenheim, Thomas Technische Universität Chemnitz Teichert, Fabian |
| نوع الوثيقة: | Electronic Resource |
| مستخلص: | This thesis theoretically investigates the electronic transport properties of defective carbon nanotubes (CNTs). For the defects the focus is set to vacancy types. The calculations are performed using quantum transport theory and an underlying density-functional-based tight-binding method. Two algorithmic improvements are derived, which accelerate the common methods for quasi one-dimensional systems for the specific case of (i) randomly distributed defects and (ii) long unit cells. With this, the transmission spectrum and the conductance is calculated as a function of the CNT length, diameter, chiral angle, defect type, defect density, defect fraction, and temperature. The diffusive and the localized transport regime are described by extracting elastic mean free paths and localization lengths for metallic and semiconducting CNTs. Simple analytic models for estimating or even predicting the conductance dependence on the mentioned parameters are derived. Finally, the formation of defect-induced long-range deformations and its influence on the conductance are studied.:1 Introduction 2 Fundamentals 2.1 Carbon nanotubes 2.1.1 Structure 2.1.2 Properties 2.1.3 Defects 2.1.4 Synthesis 2.1.5 Characterization 2.1.6 Applications 2.2 Electron structure theory 2.2.1 Introduction 2.2.2 Density functional theory 2.2.3 Density-functional-based tight binding 2.2.3.1 First-order expansion 2.2.3.2 Creation of the parameter set 2.2.3.3 Second-order expansion 2.2.3.4 Usage 2.3 Electron transport 2.3.1 Equilibrium Green’s-function-based quantum transport theory 2.3.2 Transport regimes 2.3.3 Classical derivation: drift-diffusion equation with a sink 2.3.4 Quantum derivation: Dorokhov-Mello-Pereyra-Kumar theory A Improved recursive Green’s function formalism for quasi one-dimensional systems with realistic defects (J. Comput. Phys. 334 (2017), 607–619) A.1 Introduction A.2 Quantum transport theory A.3 Recursive Green’s function formalisms A.3.1 Forward iteration scheme A.3.2 Recursive deci Diese Dissertation untersucht mittels theoretischer Methoden die elektronischen Transporteigenschaften von defektbehafteten Kohlenstoffnanoröhren (englisch: carbon nanotubes, CNTs). Dabei werden Vakanzen als Defekte fokussiert behandelt. Die Berechnungen werden mittels Quantentransporttheorie und einer zugrunde liegenden dichtefunktionalbasierten Tight-Binding-Methode durchgeführt. Zwei algorithmische Verbesserungen werden hergeleitet, welche die üblichen Methoden für quasi-eindimensionale Systeme für zwei spezifische Fälle beschleunigen: (i) zufällig verteilte Defekte und (ii) lange Einheitszellen. Damit werden das Transmissionsspektrum und der Leitwert als Funktion von CNT-Länge, Durchmesser, chiralem Winkel, Defekttyp, Defektdichte, Defektanteil und Temperatur berechnet. Das Diffusions- und das Lokalisierungstransportregime werden beschrieben, indem die elastische freie Weglänge und die Lokalisierungslänge für metallische und halbleitende CNTs extrahiert werden. Einfache analytische Modelle zur Abschätzung bis hin zur Vorhersage des Leitwertes in Abhängigkeit besagter Parameter werden abgeleitet. Schlussendlich werden die Bildung einer defektinduzierten, langreichweitigen Deformation und deren Einfluss auf den Leitwert studiert.:1 Introduction 2 Fundamentals 2.1 Carbon nanotubes 2.1.1 Structure 2.1.2 Properties 2.1.3 Defects 2.1.4 Synthesis 2.1.5 Characterization 2.1.6 Applications 2.2 Electron structure theory 2.2.1 Introduction 2.2.2 Density functional theory 2.2.3 Density-functional-based tight binding 2.2.3.1 First-order expansion 2.2.3.2 Creation of the parameter set 2.2.3.3 Second-order expansion 2.2.3.4 Usage 2.3 Electron transport 2.3.1 Equilibrium Green’s-function-based quantum transport theory 2.3.2 Transport regimes 2.3.3 Classical derivation: drift-diffusion equation with a sink 2.3.4 Quantum derivation: Dorokhov-Mello-Pereyra-Kumar theory A Improved recursive Green’s function formalism for quasi one-dimensional systems with realistic defects (J. Comp |
| مصطلحات الفهرس: | carbon nanotube, defect, electron transport, strong localization, elastic mean free path, deformation, density-functional-based tight binding, recursive Green’s function formalism, renormalization-decimation algorithm, Kohlenstoffnanoröhre, Defekt, Elektronentransport, starke Lokalisierung, elastische mittlere freie Weglänge, Deformation, dichtefunktionalbasiertes Tight-Binding, rekursiver Greenfunktions-Formalismus, Renormierungs-Dezimierungs-Algorithmus, info:eu-repo/classification/ddc/530, ddc:530, Kohlenstoff-Nanoröhre; Defekt; Elektronentransport; Starke Lokalisation; Mittlere freie Weglänge; Deformation; Starke Kopplung; Dichtefunktionalformalismus; Green-Funktion, info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| URL: | 10.1016/j.jcp.2017.01.024 10.1088/1367-2630/16/12/123026 10.1016/j.commatsci.2017.06.001 10.1088/2399-6528/aae4cb 10.1088/2399-6528/aaf08c |
| الإتاحة: | Open access content. Open access content info:eu-repo/semantics/openAccess |
| ملاحظة: | English |
| أرقام أخرى: | SUUSL oai:qucosa:de:qucosa:34326 urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-343266 1358811579 |
| المصدر المساهم: | STAATS U UNIV From OAIster®, provided by the OCLC Cooperative. |
| رقم الأكسشن: | edsoai.on1358811579 |
| قاعدة البيانات: | OAIster |
| الوصف غير متاح. |