Nanokristallarning o`tkazuvchanlik xossalari

tunnel (parron) o‘tish” deb ataladi.
Agar elektron E energiyali klassik zarra bo‘lganida edi, U>E energiyali potensial to‘siqdan o‘ta olmay, undan qaytgan bo‘lar edi. Ammo nanosistemalardagi kvant zarralar yoki elektronlar bunday to‘siqdan parron o‘tib ketadi. Bu holda elektronenergiyasining birmucha yo‘qolishi kuzatiladi. Potensial to‘siqning qalinligi qanchalik yupqa va to‘siq balandligi bilan kvant zarra energiyasi orasidagi farq qanchalik kichik bo‘lsa “tunnel o‘tish”ehtimoli shunchalik katta bo‘ladi. Nanoo‘lchamli strukturalarda namoyon bo‘ladigan kvant cheklash “tunnel o‘tish”ga o‘ziga xos ta’sir etadi. Chunonchi, juda yupqa va davriy joylashgan potensial chohlarda (o‘ralarda) elektronlarning energetik holatlarining kvantlanishi shunga olib keladiki, ular orqali “parron o‘tish” jarayoni rezonans
xarakteriga ega bo‘ladi, ya’ni bunday sistemadan faqat
ma’lum bir aniq energiyaga ega bo‘lgan
elektronlargina “tunnel o‘tish”i mumkin bo‘ladi.
Nanokristallarning solishtirma qarshiligi ularning yirik parchalariga nisbatan ortishi kuzatiladi. Bunga albatta panjaraning yuqorida tilga olingan xarakteristikalari ta’sir qiladi. Ammo kristallning nanoo‘lchamga o‘tishi bilan uning fonon spektrining va elektron tuzilishining o‘zgarishlari ham muhim rol o‘ynay boshlaydi. Tajribalarning ko‘rsatishicha, barcha metall o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan materiallarda mutlaq nol temperatura atrofida (1- 10 K) qoldiq solishtirma elektr qarshiligining kattalashuvi va elektr qarshilikning temperaturaviy koeffitsiyentining kamayishi kuzatiladi. Nanomaterialning umumiy solishtirma elektr qarshiligini quyidagi formula bilan hisoblash mumkin:
bunda ρ0 - berilgan miqdordagi kirishma atom va nuqsonlarga ega bo‘lgan monokristallning solishtirma elektr qarshiligi, ρcheg. – kristallitlar chegarasidagi solishtirma elektr qarshilik, S –kristallitlar chegaralarining yuzasi, V- nanomaterialning hajmi.
Yuqoridagi ifoda orqali va ayni moddaning mono va nanokristallarining elektr qarshiliklarini o‘lchab, quyidagi empiric formula orqali kristallitning shaklini tetraedrlardan tashkil topgan dodekaedr deb qarab, uning L o‘lchamini aniqlash mumkin.
Ammo bunda namunaning g‘ovakligini, kirishmalarning bor yoki yo‘qligini hisobga olish kerak. Ko‘pgina tadqiqotchilar tomonidan Cu, Pd, Fe, Ni va turli xil qotishmalarning nanokristallarida kristall donachalari o‘lchamlarining kamayishi bilan ularning solishtirma qarshiliklarini anchaga ortishi kuzatildi. Nanokristall materialning ρ solishtirma qarshiligining donachalar kattaligi D bilan bog‘lovchi tenglamalardan biri quyidagicha:
bunda ρ∞- katta zarrali moddaning solishtirma qarshiligi, l∞ - elektronning nuqsonsiz monokristalldagi erkin yugurish uzunligi, q – elektronning moddadagi kristall donachalari chegarasida sochilish koeffitsenti. Sochilish koeffitsenti 0<q<1 bo‘lganligi uchun ifodadan nanokristalldan tashkil topgan materialning donachalarining o‘lchamlari kamayishi bilan uning elektr qarshiligi o‘sishi kerak.
Ammo metallarning nanokristallari elektr qarshiligining o‘sishining asosiy sababi nanodonachalarning ko‘plagan chegaralarida elektronlar sochilishining ko‘payishidir. Nanomateriallarning elektr xossalarini tahlil qilishda k = δ/l va L/l nisbatlar muhim rol o‘ynaydi. Bu nisbatlar plyonkaning δ qalinligining va kristallitning L o‘lchamining zaryad tashuvchilarning l erkin yugurish yo‘liga keltirilgan qiymatlaridir. Elektr xossalarni o‘rganishda shuningdek elektronlarning kristallitning tashqi sirtlaridan va donachalar sirtlari orqali tunnel o‘tish qilishini ham e’tiborga olish kerak. Umuman, kristallitlar o‘lchamlarining nanomaterialning elektr xossalariga ta’siri juda ko‘p omillarga bog‘liq bo‘lib, ularni aniq hisobga olish hamma vaqt ham to‘g‘ri bo‘lavermaydi. Biroq aniq aytish mumkinki, plyonkaning qalinligi va kristallitning o‘lchami zaryad tashuvchilarning erkin yugurish yo‘lidan kichik bo‘lsa, zaryad tashuvchilarning elektron-fonon sochilishlariga nisbatan kristallitlarning sirtlarida sochilishi ancha kuchli bo‘lib, elektr qarshilikning ancha kattalashuviga sabab bo‘ladi. Yirik o‘lchamli o‘tao‘tkazuvchan materiallarga nisbatan ularning nanomateriallarida o‘tish temperaturasini ancha kamayishi aniqlangan. Bu hodisa yuqori temperaturali keramik o‘tao‘tkazgich materiallarda ham kuzatiladi.