Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 1999. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 97-104). Available also in a digital version from Dissertation Abstracts.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2008. / Vita. Includes bibliographical references (p. 113-122).

Akademisk arhandling--Göteborg. / Extra t.p. with thesis statement inserted. Bibliography: p. [38].

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 8467218 bytes, checksum: 0211f4adc2950da48cc48666acfb1126 (MD5) Previous issue date: 2010-03-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this study, we analyzed the effects of a uniform magnetic field on the electrodeposition of iron quasi-two-dimensional electrolytic cells. We used circular cells - with an outer ring anode and a central point cathode, and rectangular cells - with parallel line electrodes. When a voltage difference is applied between the electrodes of the electrolytic cell, we observed the formation of a ramified aggregate as result of the reduction of the metallic ions. It is believed that the process of mass transport (of ions) giving rise to the deposit is governed mainly by diffusion and migration. However, it has been shown by experiments that the convection in an ultra thin layer of electrolyte, could be driven by two different sources: Coulomb forces due to electrical charges located at the ends of branches, and by buoyancy forces due to concentration gradients that lead to density gradients. The application of a magnetic field induces forces that can changes these transport process. We found that when a magnetic field is applied parallel to the cell, the deposit show a branched structure different from that observed in the absence of it. In the case of low current density and 2D circular cells, the deposit loses its radial symmetry and grows in a centered rectangular symmetry at the cathode. For higher current density, a new radial symmetry break is observed; the deposit grows in the lozenge shape centered on the cathode. Viewed from the magnetic field direction, it was observed a predominant growth in the lozenge right side, resulting in a small asymmetry in the pattern; fact not observed in the rectangular pattern. In the rectangular cells, we found that when a magnetic field is applied to the growth direction and perpendicular to the electric current, the deposit show morphology different from that structure with slender filaments arranged parallel to each other observed in the absence of it. The field produces an interlacement of the branches of the aggregate that leads to a structure compound by a set of entangled filaments, with gaps as a regular network. Based on morphological transitions and the continuous monitoring of electrical current, we interpret the formation and selection of the patterns as result of the competition between the electric and magnetic forces. Beyond the directly interaction with the ions in motion through Lorentz force, the magnetic field also induces the magnetization of the deposit, which give rise magnetic dipolar forces in the system. The interplay of electric, dipolar and Lorentz forces with the movement of the free ions in solution and with the movement of liquid as a whole, limits the freedom of orientation that a new particle has to join the aggregate. Therefore, the morphology of the deposit is conditioned by the map of these forces in its neighborhood. / Neste trabalho, analisamos os efeitos de um campo magnético uniforme sobre a eletrodeposição de ferro em células eletrolíticas quase-bidimensionais. Foram utilizadas células com geometria circular - onde o ânodo é um anel externo e o cátodo um ponto central, e células com geometria retangular onde os eletrodos são dois fios paralelos colados sobre uma base. Quando é aplicada uma tensão entre os eletrodos da célula eletrolítica, observamos a formação de um agregado ramificado como resultado da redução dos íons metálicos da solução. Acredita-se que o processo de transporte de massa (dos íons) que dá origem ao depósito seja governado, sobretudo pela difusão e pela migração. Entretanto, tem sido demonstrado através de experimentos que a convecção, em uma camada ultra fina de eletrólito, poderia ser impulsionada por duas fontes diferentes: forças coulombianas devido a cargas elétricas localizadas nas extremidades das ramificações; e forças de empuxo resultantes de gradientes de concentração que levam a gradientes de densidade. Quando um campo magnético é aplicado, as forças induzidas provocam modificações no processo de transporte. Verificamos que quando um campo magnético é aplicado paralelamente ao plano da célula, o depósito passa a apresentar uma estrutura ramificada diferente daquela observada na ausência do mesmo. No caso de baixa densidade de corrente e células circulares 2D, o depósito perde sua simetria radial característica e cresce em uma simetria retangular centrada no cátodo. Para uma densidade de corrente maior, uma nova quebra de simetria é observada; o depósito cresce na forma de losango centrado no cátodo com um crescimento predominante no lado direito. Nas células retangulares, verificamos que a introdução do campo magnético, paralelo ao plano de crescimento e perpendicular direção da corrente elétrica, produz um entrelaçamento das ramificações do agregado. A estrutura, antes formada por filamentos delgados dispostos paralelamente uns aos outros, passa a apresentar um conjunto emaranhado de filamentos, com aberturas regulares como uma rede. Com base nas transições morfológicas observadas e no monitoramento continuo da corrente elétrica, interpretamos a formação e seleção dos padrões como resultado da competição entre as forças elétricas e magnéticas. O campo magnético, além de interagir diretamente com os íons em movimento, induz a magnetização do depósito, o que leva ao surgimento de forças magnéticas dipolares no sistema. A influência mútua das forças elétrica, dipolar e de Lorentz no movimento dos íons livres e no movimento do líquido como um todo, limita a liberdade de orientação que uma nova partícula tem ao se juntar ao agregado. Dessa maneira, a morfologia do depósito acaba sendo determinada pelo perfil dessas forças em sua vizinhança.

Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) sind vielversprechende Kandidaten für neuartige nanoelektronische Bauelemente, wie zum Beispiel Transistoren für Hochfrequenzanwendungen. Simulationen CNT-basierter Bauelemente sind dabei unverzichtbar, um deren Anwendungspotential und das Verhalten in Schaltungen zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf einen Methodenvergleich zwischen einem atomistischen Ansatz basierend auf dem Nichtgleichgewichts-Green-Funktionen-Formalismus und einem Modell zur numerischen Bauelementesimulation, welches auf der Schrödinger-Gleichung in effektiver-Massen-Näherung basiert. Ein Transistor mit zylindrischem Gate und dotierten Kontakten wird untersucht, wobei eine effektive Dotierung genutzt wird. Es wird gezeigt, dass die Beschränkungen des elektronischen Transports durch Quan- teneffekte im Kanal nur mit dem atomistischen Ansatz beschrieben werden können. Diese Effekte verhindern das Auftreten von Band-zu-Band-Tunnelströmen, die bei der numerischen Bauelementesimulation zu größeren Aus-Strömen und einem leicht ambipolaren Verhalten führen. Das Schaltverhalten wird hingegen von beiden Modellen vergleichbar beschrieben. Durch Variation der Kanallänge wird das Potential des untersuchten Transistors für zukünftige Anwendungen demonstriert. Dieser zeigt bis hinab zu Kanallängen von circa 8 nm einen Subthreshold-Swing von unter 80 mV/dec und ein An/Aus-Verhältnis von über 10⁶.:Abkürzungsverzeichnis Symbolverzeichnis Konstanten Mathematische Notation 1. Einleitung 2. Feldeffekttransistoren auf Basis von Kohlenstoffnanoröhrchen 2.1. Geometrische Struktur von Kohlenstoffnanoröhrchen 2.2. Elektronische Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhrchen 2.3. Feldeffekttransistoren auf Basis von Kohlenstoffnanoröhrchen 2.3.1. Möglichkeiten der Kontaktierung 2.3.2. Geometrie des Gates 2.3.3. Kenngrößen zur Transistor-Charakterisierung 3. Simulationsmethoden 3.1. Grundlegende Begriffe 3.1.1. Schrödinger-Gleichung, Wellen- und Basisfunktion 3.1.2. Elektronendichte 3.1.3. Zustandsdichte 3.2. Atomistische Elektronenstrukturrechnung 3.2.1. Dichtefunktionaltheorie 3.2.2. Erweiterte Hückelmethode 3.3. Quantentransport 3.3.1. Streumechanismen und Transportregime 3.3.2. Landauer-Büttiker-Formalismus 3.3.3. Nichtgleichgewichts-Green-Funktionen-Formalismus 3.4. Numerische Bauelementesimulation 3.4.1. Schrödinger-Gleichung in effektiver-Massen-Näherung 3.4.2. Beschreibung der Kontakte 3.4.3. Lösung der Poisson-Gleichung 3.4.4. Selbstkonsistente Rechnung 4. Entwicklung des Modellsystems 4.1. Beschaffenheit des Kanals 4.2. Eigenschaften der Gate-Elektrode 4.3. Eigenschaften der Source- und Drain-Elektroden 5. Ergebnisse und Diskussion 5.1. Numerische Bauelementesimulation 5.1.1. Extraktion der Parameter 5.1.2. Einfluss verschiedener Faktoren auf das Kohlenstoffnanoröhrchen 5.1.3. Transistorverhalten und Transistorregime 5.2. Atomistische Simulation 5.2.1. Einfluss verschiedener Faktoren auf das Kohlenstoffnanoröhrchen 5.2.2. Transistorverhalten und Transistorregime 5.2.3. Einfluss der Dotierung 5.3. Variation der Kanallänge und Methodenvergleich 5.3.1. Diskussion der Transfercharakteristiken 5.3.2. Verhalten von An/Aus-Verhältnis und Subthreshold-Swing 5.4. Variation der Gate-Länge bei fester Kanallänge und Methodenvergleich 5.5. Abschließende Bemerkungen und Vergleich mit Literatur 6. Zusammenfassung der Ergebnisse und Ausblick A. Elektronische Struktur des (7,0)-Kohlenstoffnanoröhrchens B. Simulationsparameter B.1. Parameter für Rechnungen mit Dichtefunktionaltheorie B.2. Parameter für Rechnungen mit erweiterter Hückelmethode B.3. Verwendete Randbedingungen zur Lösung der Poisson-Gleichung C. Vergleich zwischen Dichtefunktionaltheorie und erweiterter Hückelmethode C.1. Physikalische Betrachtung C.2. Rechenzeit und Konvergenz Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Danksagung Selbstständigkeitserklärung