சமமில்லாத நானோ அளவிலான சந்தி மாதிரி

NUS விஞ்ஞானிகள் பொதுவாக நானோ அளவிலான மின்னணு சாதனங்களில் இருக்கக்கூடிய ஒரு புதிய வகை சமநிலையற்ற விளைவுகளை கணித்துள்ளனர், மேலும் விளைவுகளைப் பயன்படுத்தி சமீபத்திய புதிரான பரிசோதனையை வெற்றிகரமாக விளக்கினர்.

நானோ அளவிலான சந்திப்புகளின் எலக்ட்ரான் இடமாற்ற பண்புகளில் சார்பு-தூண்டப்பட்ட சமநிலையற்ற விளைவுகளைப் புரிந்துகொள்வது கணக்கீட்டு நானோ அறிவியலின் மையப் பிரச்சினையாகும். நிலையான அடர்த்தி செயல்பாட்டு கோட்பாடு (DFT-density functional theory) அடிப்படையிலான முதல்-கொள்கை முறை DFT மற்றும் சமமில்லாத கிரீனின் செயல்பாடுகளின் நுட்பங்களை ஒன்றிணைக்கிறது. இது சாதனங்களின் “மூலக்கூறு” சுற்றுப்பாதைகள் மூலம் எலக்ட்ரான்களின் சுரங்கப்பாதையுடன் அளவிடப்பட்ட நடத்தையை தொடர்புபடுத்துவதன் மூலம் சோதனைகளின் தரமான புரிதலை வழங்குகிறது.

எவ்வாறாயினும், சமீபத்திய DFT முறையால் புரிந்து கொள்ள முடியாத சிலேன் சந்திப்புகள் மூலம் ஆச்சரியமான இடமாற்ற நிகழ்வுகளை ஒரு சமீபத்திய பரிசோதனை தெரிவித்தது. தங்கம் (Au) அல்லது வெள்ளி (Ag) உலோக மின்முனைகளுடன் இரண்டு வெவ்வேறு இணைப்புக் குழுக்களுடன் (அமீன் அல்லது தியோல்) இணைக்கப்பட்ட பல்வேறு சிலேன் மூலக்கூறுகளுக்கான கடத்துத்திறன் அளவிடப்பட்டது. அமீன் லிங்கரைப் பயன்படுத்தும் போது, ​​Au மின்முனையுடன் ஒப்பிடும்போது Au மின்முனை மிக அதிக கடத்துத்திறனை உருவாக்குகிறது. தியோல் லிங்கருடன், இந்த போக்கு தலைகீழாக மாறுகிறது, அதாவது Ag மின்முனை Au எலக்ட்ரோடை விட கணிசமாக அதிகமாக நடத்துகிறது. மாறாக, DFT- அடிப்படையிலான கணக்கீடுகள் Au மின்முனை எப்போதும் இணைப்பான்களின் வகையைப் பொருட்படுத்தாமல் Ag மின்முனையை விட அதிகமாக நடத்துகிறது என்று கணிக்கிறது. கோட்பாட்டு மற்றும் சோதனை முடிவுகளுக்கு இடையிலான இந்த முரண்பாடு கணக்கீட்டு நானோ அறிவியலின் சமூகத்திற்கு ஒரு அற்புதமான சவாலை அளிக்கிறது.

இந்த சவாலை எதிர்கொள்ள, சிங்கப்பூர் தேசிய பல்கலைக்கழகத்தின் இயற்பியல் துறை மற்றும் வேதியியல் துறையைச் சேர்ந்த பேராசிரியர் ஜாங் சுன் தலைமையிலான ஆய்வுக் குழு, பேராசிரியரால் முன்மொழியப்பட்ட நிலையான-மாநில DFT நுட்பத்தின் சிலேன் சந்திப்பு கட்டுமானத்தின் தத்துவார்த்த கடத்துதிறன் பண்புகளை ஆய்வு செய்தது. நிலையான-நிலை DFT எந்த சமநிலையற்ற குவாண்டம் புள்ளிவிவரங்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் முழுமையான சமநிலையற்ற விளைவுகளை முழுமையாகக் கருதுகிறது  என்பதை ஜாங் 2015-இல் மீண்டும் ஆய்வு செய்தார். தியோல் லிங்கர்களைக் கொண்ட சிலேன் சந்திப்புகளில் இருக்கும் புதிரான சோதனை அவதானிப்புகளின் அடிப்படையானது ஒரு புதிய வகை சமநிலையற்ற விளைவுகளாகும் என்று அவர்கள் கண்டறிந்தனர். அவர்களின் தத்துவார்த்த கணக்கீடுகள், சந்தி சமநிலைக்கு அருகில் இருக்கும்போது, ​​நிலையான DFT முறை நிலையான நிலைகளின் சிறந்த தோராயமாகும். எவ்வாறாயினும், 0.2V பகுதியைச் சுற்றியுள்ள குறைந்த சார்புகளில், “ஒத்திசைவற்ற இழுத்தல்” விளைவு தியோல்-நிறுத்தப்பட்ட சிலேன்களை சமநிலையிலிருந்து வெகு தொலைவில் செலுத்துகிறது, இதனால் சோதனைகளில் காணப்பட்ட நடத்தை மதிப்புகள் தலைகீழாக மாறும்.

இது குறித்து பேராசிரியர் ஜாங் கூறுகையில், “இந்த பகுப்பாய்வு விளைவுகள் பொதுவாக நானோ அளவிலான சாதனங்களில் இருக்கக்கூடும் என்று தெரிவிக்கிறது, இதில் முக்கியமாக மூல தொடர்புகளில் உள்ள மற்றும் சார்பு சாளரத்திற்கு அருகில் அமைந்துள்ள சேனல்கள் உள்ளன. இந்த கண்டுபிடிப்புகள் நானோ அளவிலான எலக்ட்ரான் இடமாற்றம் பற்றிய நமது அடிப்படை புரிதலை கணிசமாக விரிவுபடுத்துகின்றன.”

References:

• Jiang, Z., Yam, K. M., Guo, N., Zhang, L., Shen, L., & Zhang, C. (2021). Prominent nonequilibrium effects beyond the standard first-principles approach in nanoscale electronic devices. Nanoscale Horizons, 6(10), 801-808.
• Sobrino, N., Eich, F., Stefanucci, G., D’Agosta, R., & Kurth, S. (2021). Thermoelectric transport within density functional theory. Physical Review B, 104(12), 125115.
• Sand, A. M., Malme, J. T., & Hoy, E. P. (2021). A multiconfiguration pair-density functional theory-based approach to molecular junctions. The Journal of Chemical Physics, 155(11), 114115.
• Zhang, Y., Zhai, J., Chen, Z., Zhang, Q., & Ke, Y. (2021). First-principles nonequilibrium dynamical cluster theory for quantum transport simulations of disordered nanoelectronic devices. Physical Review B, 104(11), 115412.
• Kurth, S., Jacob, D., Sobrino, N., & Stefanucci, G. (2019). Nonequilibrium spectral functions from multiterminal steady-state density functional theory. Physical Review B, 100(8), 085114.