高性能碳纳米管纤维导电机制的判定
材料科学
2025-09-08 v4
摘要
碳纳米管（CNT）电缆作为铜线替代品的竞争者，其性能与其随温度变化的金属和类半导体导电响应相关；然而，类半导体响应的起源在文献中是一个未被充分认识的不一致性。通过控制长径比和掺杂程度，在超过 61 次独特的低温实验（包括各向异性和霍尔测量）中，在极端温度（65 mK）和磁场（60 T）下探索了 CNT 电缆的性能。随温度变化的类半导体导电响应在接近绝对零度时变得与温度无关，独特地证明了非均匀涨落诱导隧穿的必要性；完全去掺杂导致局域跳跃，与石墨的纯类金属响应形成对比。高场磁阻（包括近室温下 +22% 的纵向磁阻）采用跳跃模型和经典双带模型进行分析，两者均得出了一个对导体开发有用的参数。变化的场取向角揭示了由曲率诱导带隙的 Aharonov-Bohm 类修正产生的二重和四重对称性。使用格林函数形式的紧束缚计算对磁场中可公度 CNT 束的大规模相干传输进行建模，揭示了束横截面上非均匀的传输，而掺杂恢复了均匀性；独立于掺杂，束-结-束系统中的传输主要来自相邻于另一束的 CNT。最终影响是利用随温度和场变化的传输来预测异质 CNT 电缆的极限电导率，超越传统金属的电导率。
引用
@article{arxiv.2507.20481,
title = {Adjudicating Conduction Mechanisms in High Performance Carbon Nanotube Fibers},
author = {John Bulmer and Chris Kovacs and Thomas Bullard and Charlie Ebbing and Timothy Haugan and Ganesh Pokharel and Stephen D. Wilson and Fedor F. Balakirev and Oscar A. Valenzuela and Michael A. Susner and David Turner and Pengyu Fu and Teresa Kulka and Jacek Majewski and Irina Lebedeva and Karolina Z. Milowska and Agnieszka Lekawa-Raus and Magdalena Marganska},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.20481},
year = {2025}
}