DK RSWK
Zusammenfassung
In dieser Arbeit wurde der temperaturabhängige elektrische Transport durch Bündel aus einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen untersucht. Ziel der Experimente waren Untersuchungen zur wechselseitigen Beeinflussung der Nanoröhrchen und der Kontaktelektroden im Transportverhalten. Metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Parallelschaltung dominieren das Transportverhalten in den heterogenen Bündeln aus halbleitenden und metallischen Einzelröhrchen, wobei nur die äußeren Lagen des Bündels ankontaktiert werden. Die Strom-Spannungskennlinien (IU-Kennlinien) lassen sich in zwei Spannungsbereich einteilen, die sich in der Temperatur- und Spannungsabhängigkeit unterscheiden. Der temperaturunabhängige Teil der IU-Kennlinien ist durch eine Abnahme des differentiellen Leitwertes mit der Spannung gekennzeichnet. Im Rahmen der Elektronenstreuung an optischen Phononen ist dies erklärbar. Temperaturabhängigkeit der IU-Kennlinien ist im Bereich um U=0 festzustellen. Dies manifestiert sich in der Abnahme des linearen Probenleitwertes mit abnehmender Temperatur bzw. als zunehmende Nichtlinearität um U=0 und wird als Nullspannungsanomalie bezeichnet. Diese variiert zwischen den Proben. Intrinsische Defektstreuung wurde als Ursache für diese Anomalie ausgeschlossen. Die Kontaktübergänge zwischen den Metallelektroden und den Nanoröhrchenbündeln werden als energetische Barrieren modelliert. Barrierenhöhen von 5meV bis 50meV wurden ermittelt. Zusätzlich skalieren die IU-Kennlinien im Bereich der Nullspannungsanomalie gemäß vorhergesagter Potenzgesetze aus der Luttinger-Flüssigkeitstheorie bzw. der Coulomb-Blockade. Die experimentell bestimmten Exponenten variieren zwischen 0,1 und 0,9. Im Rahmen der bekannten Theorien ist dies nicht erfaßbar. Allerdings deuten die Korrelationen zwischen den Barrierenhöhen und den Exponenten auf ein barriereninduzierten Ursprung der Anomalie hin. Transportmessungen im Magnetfeld ergaben keine Hinweise auf vorausgesagte Veränderungen der Bandstruktur. Der gemessene Magnetwiderstand wurde im Rahmen der Coulomb-Blockade diskutiert, konnte jedoch nicht vollständig aufgeklärt werden. Der Transport durch die Nanoröhrchenbauelemente ist durch zwei wesentliche Effekte bestimmt: die intrinsischen Transporteigenschaften basierend auf der Eindimensionalität der Röhrchen und die nichtideale Ankopplung an die Metallelektroden. Die metallischen einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind ballistische Leiter auf der Längenskala von einem Mikrometer bis über Raumtemperatur. Die mittlere freie Weglänge der Defektstreuung ist L>>100nm, die der Streuung an akustischen Phononen L>1µm bei 300K. Für die Streuung an optischen Phononen wurde L<100nm ermittelt. Die elektrischen Eigenschaften der Bauelemente aus den Metallelektroden und den Nanoröhrchen werden aber wesentlich von den Kontaktbarrieren bestimmt.