Conductivity of multiwall carbon nanotubes: role of multiple shells and defects

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Series of the University of Regensburg:	Dissertationsreihe der Fakultät für Physik der Universität Regensburg
Volume:	21
Series of the University of Regensburg:	Dissertationsreihe der Fakultät für Physik der Universität Regensburg
Date:	19 August 2011
Referee:	Prof. Dr. Christian Back and Prof. Dr. Christoph Strunk
Date of exam:	1 February 2011
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Back > Group Christian Back
Projects:	SFB 689: Spinphänomene in reduzierten Dimensionen (Dissertationen und Forschungsdaten)
Keywords:	carbon nanotubes, electrical conductivity, multiple shell transport
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	21727

Abstract (English)

This work reports on laterally resolved measurements of the current-induced gradient in the electrochemical potential of multiwall carbon nanotubes. Nanotubes with different classes of defects were studied at room temperature. The potential profile of the outermost shell along the tube was measured in a local as well as in a nonlocal geometry. The data have been used to separate the contributions ...

Abstract (English)

This work reports on laterally resolved measurements of the current-induced gradient in the electrochemical potential of multiwall carbon nanotubes. Nanotubes with different classes of defects were studied at room temperature. The potential profile of the outermost shell along the tube was measured in a local as well as in a nonlocal geometry. The data have been used to separate the contributions of various shells to the total resistance of the whole tube.

For this purpose, a classical resistivity model was used that describes the measured potential profiles well. Additionally, the influence of structural defects on the conductivity has been quantified. Particularly, defects such as an ending outermost shell, an intratube junction, and a plastically stretched tube with a kink were investigated.

Additionally, measurements at low temperatures revealed some quantum conductance effects, such as weak localization and oscillations in the potential profile. The latter could be traced back to the same origin as as the universal conductance fluctuations.

Translation of the abstract (German)

Diese Arbeit handelt von hoch ortsaufgelösten Messungen des elektrochemischen Potentials entlang stromdurchflossener mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhrchen. Mehrere Defektklassen wurden damit bei Raumtemperatur untersucht. Der Spannungsverlauf entlang des äußeren Röhrchens wurde sowohl in lokaler als auch in nichtlokaler Geometrie gemessen. Die dabei aufgenommenen Messwerte wurden verwendet um den ...

Translation of the abstract (German)

Diese Arbeit handelt von hoch ortsaufgelösten Messungen des elektrochemischen Potentials entlang stromdurchflossener mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhrchen. Mehrere Defektklassen wurden damit bei Raumtemperatur untersucht. Der Spannungsverlauf entlang des äußeren Röhrchens wurde sowohl in lokaler als auch in nichtlokaler Geometrie gemessen. Die dabei aufgenommenen Messwerte wurden verwendet um den Einfluss der einzelnen Schalen auf den Gesamtleitwert voneinander zu trennen.

Dafür wurde ein klassisches Widerstandsmodell entwickelt, das trotz seiner Einfachheit die Messwerte sehr gut wiedergibt. Zusätzlich konnte der Einfluss verschiedener struktureller Defekte auf die Leitfähigkeit quantitativ beschrieben werden. Folgende Defekte wurden genauer untersucht: Ein Nanoröhrchen mit einer unvollständigen äußeren Schale, ein intramolekularer Kontakt zwischen zwei Röhrchen und ein plastisch gedehntes Nanoröhrchen mit einem Knick.

Außerdem zeigten Messungen bei tiefen Temperaturen Quanteneffekte wie schwache Lokalisierung und Oszillationen im Spannungsverlauf. Letztere konnten auf den gleichen Ursprung wie die universellen Leitwertfluktuationen zurückgeführt werden.

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