Nanoszerkezet
A nanoszerkezetek illetve nanoszerkezetű anyagok a nanotechnológia vizsgálódásainak tárgyai, olyan parányi anyagi részecskék, melyeknek legalább egy kiterjedése a nanométeres, vagy ehhez közeli mérettartományba esik. A nanoszerkezetek fizikailag szignifikáns méretei a molekulákét általában meghaladja, de a mikroszkopikus részecskéknél kisebbek. Egyszerre lehetnek makroszkopikus illetve molekuláris anyagokhoz hasonló tulajdonságaik, de vannak mindkét méretskálától különböző jelenségeik, amelyek a mezoszkopikus fizika témakörébe esnek.
Általános jellemzői
szerkesztésEzen szerkezetek fontos jellemzői, hogy:
- mikroszkopikus és makroszkopikus fizikai jellemzőiket az őket felépítő atomok anyagi jellemzői mellett gyakran nagymértékben befolyásolják a szerkezeti jellemzőik,
- mivel méretük sokszor összemérhető az elektron adott közegben jellemző állapotának hullámhosszával, ezért bennük gyakran lép fel a kvantumbezárás jelensége,
- általában nagy a felület-térfogat arányuk, így a felületi jelenségek erősebbek, mint tömbi anyagban,
- viselkedésüket gyakran jellemzi önszerveződés, mely a molekuláris viszonyokhoz való rokonságukra utal,
- tárgyalásuk jellemzően a kvantummechanika és a szilárdtestfizika eszközeivel lehetséges.
Fontos nanoszerkezetek
szerkesztésA nanoszerkezetek mezoszkopikus jellemzőit nagyban befolyásolja, hogy szerkezetük a tér mely irányaiban milyen kiterjedésűek, hány térdimenzió irányában érvényesül delokalizáció (szabad elektron-hullámfüggvény), illetve hány irányban kvantumbezárás (peremfeltételek közti elektron-hullámfüggvény). Az alábbi táblázat néhány jellemző nanoszerkezet-típust sorol fel a jellemző delokalizációs illetve bezárási irányokkal.
Megjegyzendő, hogy ezek a dimenziószámok csak irányadóak, hiszen a kvantumbezárás különféle jelenségek esetén más-más konkrét nanoszerkezet-méretnél léphet fel.
| Geometria | Delokalizáció | Kvantumbezárás | Fizikai modellek, jellemző jelenségek[m 1] | Példák |
|---|---|---|---|---|
| Kvantumpötty | 0D | 3D | potenciálgödör, vonalas színkép | egyelektron-tranzisztor |
| Nanocső | 1D | 2D | van Hove-szingularitás, ballisztikus vezetés | Szén nanocső, szervetlen nanocsövek (pl. WS2, MoS2, SnS2, TiO2) |
| Nanopálca, nanoszál, nanodrót | 1D | 2D | Szén nanoszál, Indium-arzenid nanopálca, szilícium nanopálca, cink-oxid nanopálca | |
| Nanoréteg | 2D | 1D | kétdimenziós elektrongáz | grafén, grafén nanoszalag, átmenetifém-dikalkogenid rétegek, bór-nitrid nanorács, egyes vékonyrétegek |
| Nanohab | ||||
| Tömbi nanoszerkezet | fotonikus kristály | |||
| ||||
Források
szerkesztés- Sólyom Jenő: A modern szilárdtest-fizika alapjai I: Szerkezet és dinamika. Budapest: ELTE Eötvös Kiadó. 2009. ISBN 9789632840970
- Giber János és szerzőtársai: Szilárdtestek felületfizikája. Budapest: Műszaki Könyvkiadó. 1987. ISBN 9789631071115
- Nanofizika tudásbázis - Fizipedia (magyar nyelven). fizipedia.bme.hu. (Hozzáférés: 2017. április 1.)
- Ihn, Thomas. Semiconductor nanostructures : quantum states and electronic transport. Oxford New York: Oxford University Press (2010). ISBN 978-0-19-953443-2
- Nazarov, Yuli. Quantum transport : introduction to nanoscience. Cambridge New York: Cambridge University Press (2009). ISBN 978-0-521-83246-5
