طراحی و مدل سازی اتمی سوئیچ الکترومکانیکی لغزشی چند حالته مبتنی بر نانو نوارگرفاینی آلفا دو لایه

نوع مقاله: مقاله برق

نویسنده

دانشکده فنی- مهندسی، واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اسلامشهر، ایران

10.22075/jme.2020.20591.1912

چکیده

در این پژوهش طراحی و مدلسازی اتمی سوئیچ الکترومکانیکی لغزشی چند حالته مبتنی بر نانو نوار گرفاینی آلفا دولایه با بهره گیری از نظریه تابعی چگالی و ترکیب آن با تابع گرین غیرتعادلی ارائه میشود. ساختار سوئیچ پیشنهادی به صورتی است که لایه گرفاین زیرین ثابت و لایه بالایی آن متحرک است. چینشهای متمایز از طریق حرکت لایه بالایی نسبت به لایه پایینی در راستای محور افقی و با فواصل جابجایی 9.44Å ، 8.41 Å، 3.97 Å ،2.61 Å، 1.36 Å, و 12/06Å ایجاد میشود و این حالتهای قرارگیری به ترتیب AA، Aa2,AB2,,AB,Aa,Ab , نام گذاری شده اند. چینشهای مذکور باعث میشود مقدار جریان سوئیچ پیشنهادی در هر حالت به طور چشمگیر تغییر کند. برای بررسی دقیقتر جریان سوئیچ پیشنهادی در ولتاژهای بایاس معین، طیف انتقال، ساختار نوار انرژی، طیف انرژی مولکولی، هامیلتونین خودسازگار تصویرشده مولکولی و مسیرهای انتقال محلی محاسبه میشود.
نتایج مدلسازی نشان میدهد که مقدار ضریب سوئیچنگ جریانی افزاره پیشنهادی بسته به نوع چینش اتمی دولایه از حالتی به حالت دیگر به طور قابل توجهی تغییر میکند. بیشترین ضریب سوئیچینگ افزاره پیشنهادی به میزان 34، در ولتاژ بایاس 0.6 و بین دو حالتAa2 و AA حاصل میشود. براساس نتایج بدست آمده با جابجایی کنترل شده دو لایه گرفاینی نسبت به یکدیگر میتوان سوئیچ لغزشی چند حالته کاربردی درحوزه نانوالکترومکانیک ارائه داد.
در کنار رفتار مناسب سوئیچینگ، نتایج استخراج شده در سه حالت Aa،AB2 و AA، مقاومت دیفرانسیلی منفی را نمایان میکند که قابلیت استفاده سوئیچ پیشنهادی در ادوات کوانتومی تونلی را نیز میسر میکند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design and Atomic Modeling of Multimode Sliding Electromechanical Switch Based on Bilayer Armchair α-Graphyne Nanoribbons

نویسنده [English]

  • Somayeh Fotoohi
Department of Electrical Engineering, Islamshahr Branch,,Islamic Azad University,Islamshahr,Iran
چکیده [English]

Design and atomic modeling of multimode sliding electromechanical switch based on bilayer armchair α-graphyne nanoribbons is presented by applying density functional theory combined with non-equilibrium Green's function. In the proposed switch structure, bottom graphyne layer is fixed and the top layer is movable. Different configurations of the layers are created by moving the top layer over the bottom layer along the horizontal axis with the displacement distances of 1.36 Å, 2.61 Å, 3.97 Å, 8.41 Å, 9.44 Å and 12.6 Å. There are six stacking modes for the proposed device, namely, Ab, Aa, AB, AB2, Aa2 and AA, respectively. These configurations cause current of the proposed switch changes significantly in each stacking mode. To better analysis, electronic transport properties of the proposed device including transmission spectrum, band structure, molecular energy spectrum, molecular projected self-consistent hamiltonian and transmission pathway are calculated. The results demonstrate that current switching ratio of the proposed device depends on the type of layers atomic configuration and varies significantly from one mode to another. Maximum switching ratio of the proposed device can reach to 34 under the bias voltage of 0.6 V when the mode of device changes from AA to Aa2. This suggests that the controlled movement of layers in bilayer graphyne nanoribbon device could be a useful method to design multimode sliding electromechanical switch in nanoelectronics field. Furthermore, the results exhibit that the proposed device in AB2, Aa and AA modes reveals negative differential resistance which provides ability of its usage in quantum tunneling device.

کلیدواژه‌ها [English]

  • atomic modeling
  • α-graphyne nanoribbons
  • density ‌functional theory
  • non-equilibrium Green's function electronic transport