نانوسوييچ مبتني بر نانولوله‌هاي كربني دو ديواره تلسكوپي و اثر نقص تهي‌جا بر عملكرد الكتريكي آن

Nanoswitch based on telescoping double-walled carbon nanotubes and ‎the effect of vacancy defect on its electrical performance

در اين مقاله، هدايت الكتريكي و ترابرد الكترون نانولوله‌هاي كربني دو ديواره‌ تلسكوپي ‏‎(TDWCNTs)‎‏ درحالت بدون ‏نقص و همچنين در حضور نقص ساختاري تهي‌جا با استفاده از مدل تنگ‌بست ‏‎(TB)‎‏‌‏‎ ‎و تابع گرين غيرتعادلي ‏‎(NEGF)‎‏ ‏شبيه‌سازي شده‎ ‎و مورد تحليل و بررسي قرارگرفته است‎.‎‏ نتايج حاصل از شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه حركت تلسكوپي ‏ديواره‌ها نسبت به يكديگر باعث ايجاد دره‌ها و قله‌هاي متناوب در هدايت الكتريكي افزاره مي‌شود. هريك از اين دره‌ها ‏و قله‌ها را مي‌توان به ترتيب به عنوان هدايت حالت پايين (حالت خاموش) و هدايت حالت بالا (حالت روشن) ‏درنظرگرفت. بنابراين مي‌توان افزاره‌ي ‏TDWCNTs‏ را به عنوان يك نانوسوييچ تلسكوپي در سيستم‌هاي نانوالكترومكانيكي ‏‎(NEMS)‎‏ مورد استفاده قرار داد. همچنين نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه اعمال يك نقص تهي‌جا در ساختار افزاره مي-‏تواند تا ميزان %50 باعث كاهش هدايت الكتريكي افزاره شود. ميزان كاهش هدايت به چگالي و مكان نقص وابسته است. ‏درصورتيكه چگالي نقص در ساختار كم باشد، هرچند هدايت و درنتيجه جريان افزاره تا حدي كاهش مي‌يابد اما به دليل ‏ثابت ماندن تقريبي نسبت جريان حالت روشن به جريان حالت خاموش، عملكرد افزاره به عنوان يك نانوسوييچ چندان ‏تحت تاثير قرار نمي‌گيرد؛ اما اگر چگالي نقص در ساختار زياد شود هدايت حالت روشن به شدت كاهش يافته، درنتيجه ‏با افزايش امپدانس افزاره، عمل وصل نانوسوييچ به درستي انجام نمي‌شود.‏

In this paper, we have simulated and investigated the conductance and electron transport of telescoping ‎double-walled carbon nanotubes (TDWCNTs) with and without vacancy defect, using tight-binding model ‎combined with nonequilibrium Green’s function (NEGF) approach. The simulation results show that the relative ‎motion of the walls along the tube axis causes periodic valleys and peaks in electrical conductance. Each of ‎these valleys and peaks can be considered as low (OFF) and high (ON) conductance respectively. As a result, ‎TDWCNT device can be used as a nanoswitch in nanoelectromechanical systems (NEMS). In addition, our ‎results show that introduction of a vacancy defect decreases the conductance by 50%. Reduction of the ‎conductance depends on the location and density of the defect. If the density of the defect is low in the ‎structure, the conductance of the device is not much affected. Therefore, the defective device can be still used ‎as a nanoswitch because of nearly constant ON/OFF conductance ratio. If the density of the defect is high, the ‎conductance is significantly affected and the performance of the device as a nanoswitch is degraded.‎