Teoria do Contínuo de Nanoestruturas de Carbono Amorfo Alexander Umantsev e Z. Akkerman
Resumo—O carbono é frequentemente considerado o silício do futuro devido às propriedades
únicas resultantes da variedade de formas estruturais possíveis. Uma ampla gama de
propriedades eletrônicas do carbono produz muitas aplicações possíveis. A termodinâmica
clássica descreve com sucesso o equilíbrio em massa do sistema diamante-grafite em uma
ampla faixa de temperaturas e pressões. O equilíbrio no sistema de carbono em nanoescala, no
entanto, não foi esclarecido, apesar da importância dessa informação para inúmeras aplicações
existentes e possíveis de carbono em nanoeletrônica. No presente artigo, analisamos a
transição entre as fases de diamante e grafite usando a teoria de Landau contínuo. A teoria
lança luz sobre os detalhes de tais transições e, mais importante, prevê uma nova fase estável
em nanoescala que pode ser usada em nanodispositivos à base de carbono. Descobrimos que
o estado de transição de um sistema capaz de sofrer uma transição de fase grafite/diamante
ganha estabilidade termodinâmica contra as fases em massa sob as condições de um volume
limitado se a altura da barreira da transição estiver abaixo do valor crítico. Em um sistema
fechado de grande porte, uma mistura heterogênea das fases de grafite e diamante é o estado
mais estável. Em um sistema pequeno (abaixo do tamanho crítico), a mistura heterogênea não
é possível e o estado de transição torna-se o estado globalmente estável - uma fase. Com base
na presente análise, hipotetizamos que o estado de transição está associado à fase amorfa do
carbono observada experimentalmente. Os resultados teóricos nos permitem interpretar os
experimentos sobre irradiação de varredura de feixe de íons Ga+ focalizado de filmes de
diamante CVD de cristal único, que produzem regiões altamente condutoras na superfície do
diamante. Termos de índice - Substratos de diamante amorfo, sensores de carbono,
nanoeletrônica. I. INTRODUÇÃO C O ARBON é frequentemente considerado o silício do futuro
devido às propriedades únicas resultantes da variedade de formas estruturais possíveis. O
carbono encontra muitas aplicações práticas em diferentes áreas da atividade humana,
incluindo revestimento resistente ao desgaste, nanoeletrônica e tecnologia de sensores. Uma
ampla gama de propriedades eletrônicas do carbono, desde o isolamento / semicondutor de
carbono (diamante) até o metal de carbono (grafite, nanotubos e folhas de grafeno) produz
muitos resultados possíveis Manuscrito recebido em 9 de dezembro de 2007; aceito em 26 de
fevereiro de 2008. Este trabalho foi apoiado em parte pelo ARO sob a concessão 46499-MS-ISP,
concessão W911NF-06-1-0302 e concessão 47145-00 01. O editor associado que coordenou a
revisão deste artigo e o aprovou para publicação foi o Dr. Dennis Pollo. A. Umantsev trabalha
no Departamento de Ciências Naturais da Fayetteville State University, Fayetteville, NC 28301
EUA (e-mail: aumantsev@uncfsu.edu). Z. Akkerman está no Departamento de Física, City
College da City University of New York, Nova York, NY 10031 EUA. Versões coloridas