В «Письмах в «Журнал экспериментальной и теоретической физики» опубликована статья ученых Лаборатории теоретической физики ОИЯИ «Температурная зависимость запрещенной зоны полностью фторированных/гидрированных углеродных нанотрубок: роль одномерных цепочек». Авторы – начальник сектора физики наноструктур ЛТФ ОИЯИ Всеволод Катков и начальник отдела теории конденсированных сред ЛТФ Владимир Осипов.

Уникальные свойства углеродных нанотрубок обусловливают возможности их широкого практического применения в наноэлектронике, оптоэлектронике и других областях. В настоящее время наибольший интерес вызывает использование однослойных углеродных нанотрубок при создании инфракрасных сенсоров и биосенсоров, интегральных схем, полевых транзисторов, ячеек памяти, элементов солнечных батарей. Ключевую роль при проектировании таких устройств играет наличие энергетической щели в электронном спектре и возможность управления ее величиной. Также важной характеристикой для различных приложений в туннельной электронике, оптоэлектронике, исследовании оптических свойств (спектры пропускания и поглощения), люминесценции и т. д. является зависимость величины запрещенной зоны от температуры.

Три варианта расположения примесных атомов, которые возникают при максимальном (50 %) заполнении в трубках типа «зигзаг»: «линия», «спираль» и «цепочка»

В работе теоретически исследована температурная зависимость величины запрещенной зоны E_g(T) в одностенных углеродных нанотрубках типа «зигзаг» при максимальном (50 %) фторировании и гидрировании для трех вариантов покрытия. В качестве ковалентной примеси рассматривались фтор и водород, которые одновалентны и образуют схожие структуры. Показано, что характер покрытия критически влияет на зависимость E_g(T), которая может меняться в широких пределах от очень слабой, характерной для чистых углеродных нанотрубок, до сильной, типичной для объемных полупроводников. Во всех случаях обнаружено поведение, характерное для объемных полупроводников, а именно, строгое уменьшение величины запрещенной зоны с ростом температуры. Характер температурного поведения E_g(T) напрямую связан с формированием в трубках одномерных альтернированных цепочек. Основными факторами, определяющими данную зависимость, являются диаметр углеродных нанотрубок, способ расположения примеси и ее тип.