Silicon nanowire-based complex structures: A large-scale atomistic electronic structure and ballistic transport

Silisyum nanoteller ve bu nanotelleri temel alarak geliştirilen daha karmaşık yapılar, yeni kuşak nano-aygıtlarda esas yapıtaşları olarak kullanılmaya başlanmıştır. Ancak uygulamadaki ilerleyişinin hızına karşılık, nanotel temelli karmaşık yapıların kuramsal fiziği pek de incelenmemiştir. Oysaki bilhassa elektriksel ve taşınım özelliklerinin kavranması hem kuramsal bağlamda kuantum etkilerin küçük boyutlardaki tipik davranışlarına ışık tutacak hem de uygulama alanında ileride yapılacak yeni aygıtların olası davranışları ve sınırları için öngörü oluşturabilecektir. Buradan hareketle, çalışmamızda tekil nanotellerden başlayarak; nanotel kavşakları, tel ağları ve dirsekli teller aşamalı olarak irdelenmiştir. öncelikle adı geçen büyük ölçekli nano-sistemlerin elektronik yapıları ve bu kapsamda bant aralıkları ile bant kenarı hizalanmaları, atomik görünürpotansiyel temelli yığın bantların doğrusal birleştirimi yöntemi ile çıkarılmıştır. İncelenen malzemelerin boyutu küçülürken, iletim bant kenarı değeri, değerlik bant kenarına göre daha fazla değişmektedir. Elde edilen sonuçlar ışığında, ikili ve üçlü kavşaklar için farklı çap değerlerine göre enerji aralığı ve bant hizalanmalarının öngörülmesini sağlayacak genel bir uyum fonksiyonu ortaya konulmuştur. Devamında, nanoyapıların dalga fonksiyonlarının kareleri üzerinden yük yoğunlukları ve yük yoğunluklarının karmaşık nanotel yapılardaki yerelleşmeleri incelenmiştir. Genellikle düşük enerjili iletim durumları kavşak ve dirsek bölgelerinde yerelleşirken, değerlik durumları nanoyapının geneline yayılma özelliği göstermektedir. Bu gözlem, bant aralığının daha ziyade iletim kenarının kaymasıyla oluştuğu sonucuyla birleştirildiğinde nanotel ağları için bulduğumuz sonuçların aynı çaplı dallanmış nanokristal ve nanoteller için de geçerli olduğu gözlemlenmiştir. Yük yerelleşmelerinin fiziksel etkilerini daha fazla kavrayabilmek için elektriksel iletim hesaplamaları yapılmıştır. İletim bant kenarı, yerelleşmiş enerji durumları ile malzeme boyunca iletime açık olan yayılmış durumları birbirinden ayırmaktadır. Yerelleşmiş enerji durumları, kesişen ve dirsekli nanotellerin enerji bant aralığını belirlediği halde iletim daha yüksek enerji değerlerinde başlamaktadır. Bulgularımız kuantum sınırlama etkisinin karmaşık nanotel temelli yapılarda oynadığı önemli rolü ortaya koymuş ve ayrıca bu malzemelerin uygulamaları için faydalı öngörüler sağlamıştır.