Influence of nanotube length and density on the plasmonic terahertz response of single-walled carbon nanotubes

We measure the conductivity spectra of thin films comprising bundled single-walled carbon nanotubes (CNTs) of different average lengths in the frequency range 0.3-1000 THz and temperature interval 10-530 K. The observed temperature-induced changes in the terahertz conductivity spectra are shown to depend strongly on the average CNT length, with a conductivity around 1 THz that increases/decreases as the temperature increases for short/long tubes. This behaviour originates from the temperature dependence of the electron scattering rate, which we obtain from Drude fits of the measured conductivity in the range 0.3-2 THz for 10 $\mu$m length CNTs. This increasing scattering rate with temperature results in a subsequent broadening of the observed THz conductivity peak at higher temperatures and a shift to lower frequencies for increasing CNT length. Finally, we show that the change in conductivity with temperature depends not only on tube length, but also varies with tube density. We record the effective conductivities of composite films comprising mixtures of WS$_2$ nanotubes and CNTs vs CNT density for frequencies in the range 0.3-1 THz, finding that the conductivity increases/decreases for low/high density films as the temperature increases. This effect arises due to the density dependence of the effective length of conducting pathways in the composite films, which again leads to a shift and temperature dependent broadening of the THz conductivity peak.Comment: Submitted to Journal of Physics D. Main manuscript: 9 pages, 8 figures. Supplementary material: 5 pages, 6 figure

Управление электрическими и оптическими параметрами активных элементов датчиков влажности на основе пленок оксидов олова переменного состава

The aim of this work is development of technique for synthesis of tin oxides films with various stoichiometric composition, characterized by high electrical conductivity and light transmittance in the UV and visible range of the electromagnetic spectrum, for their further application as humidity and gas sensors, as well as electrodes for electro-and photocatalytic converters.Nonstoichiometric SnO/SnO2 /SnO2−δ films were synthesized by reactive magnetron sputtering of tin onto glass substrates in argon plasma with oxygen addition and with subsequent thermal oxidation of the formed layers in air. To change the structural, optical, and electrical properties of the films and to find out the optimal synthesis parameters, the oxygen content during the deposition process and the annealing temperature in air were varied in the range of 0–2 vol. % and of 200–450 °C, respectively. The characterization of the films was carried out using a 4-probe method for measuring the electrical resistance, X-ray diffraction, and optical spectroscopy of light transmission.As a result of a comprehensive analysis of the structural, optical and electrical properties of the films, it was found that the optimal synthesis parameters to obtain the most transparent and conductive coatings promising for use as humidity, gas sensors and in photovoltaic devices are the following: oxygen content in argon plasma during sputtering process is ≈ 0,8–1,2 vol. %, the annealing temperature in air is ≈ 350–375 °C. In this case a polycrystalline film with high electrical conductivity and high transmittance in the visible and UV regions of the electromagnetic spectrum with prevailing of tin dioxide phase with structural defects (oxygen vacancies) is formed.Цель работы – разработка методики синтеза пленок оксидов олова различного стехиометрического состава, характеризующихся высокими электропроводностью и коэффициентом пропускания света в УФи видимом диапазоне электромагнитного спектра, для дальнейшего их применения в качестве датчиков влажности и газов, а также электродов для электрои фотокаталитических преобразователей.Нестехиометрические пленки SnO/SnO2 /SnO2−δ были синтезированы методом реактивного магнетронного распыления олова на стеклянные подложки в плазме аргона с добавлением кислорода и последующим термическим окислением формируемых слоев на воздухе. Для изменения структурных, оптических и электрических свойств пленок и подбора оптимальных параметров синтеза варьировались содержание кислорода в процессе напыления и температура отжига на воздухе в диапазонах 0−2 об. % и 200−450 °C соответственно. Характеризация пленок проводилась с использованием 4-х зондового метода измерений электрического сопротивления, рентгеновской дифракции и оптической спектроскопии пропускания света.В результате комплексного анализа структурных, оптических и электрических свойств пленок установлено, что для получения наиболее прозрачных и проводящих покрытий, перспективных для использования в качестве датчиков влажности и газов, а также в фотоэлектрических устройствах, оптимальными параметрами синтеза являются: содержание кислорода в аргоновой плазме в процессе напыления ≈ 0,8–1,2 об. %, температура отжига на воздухе ≈ 350–375 °C. При этом формируется поликристаллическая пленка, в которой преобладает фаза диоксида олова, содержащая структурные дефекты (кислородные вакансии), обеспечивающие сочетание высоких электропроводности и коэффициента пропускания в видимой и УФ-области электромагнитного спектра

АТАКА НА СИНХРОНИЗИРУЕМЫЕ ИСКУССТВЕННЫЕ НЕЙРОННЫЕ СЕТИ, ФОРМИРУЮЩИЕ ОБЩИЙ СЕКРЕТ, МЕТОДОМ ОТЛОЖЕННОГО ПЕРЕБОРА

The application of synchronized artificial neural networks for generation of a common cryptographic key and an attack by deferred search on these networks with the purpose of obtaining this key are considered.Рассматриваются применение синхронизируемых искусственных нейронных сетей для генерации общего криптографического ключа, а также атака методом отложенного перебора на эти сети с целью получения этого ключа

ИМПЕДАНСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ДИОКСИДА ОЛОВА

The aim of this work is the analysis of the influence of annealing in an inert atmosphere on the electrical properties and structure of non-stoichiometric tin dioxide films by means of impedance spectroscopy method. Non-stoichiometric tin dioxide films were fabricated by two-step oxidation of metallic tin deposited on the polycrystalline Al2O3 substrates by DC magnetron sputtering. In order to modify the structure and stoichiometric composition, the films were subjected to the high temperature annealing in argon atmosphere in temperature range 300–800 °С. AC-conductivity measurements of the films in the frequency range 20 Hz – 2 MHz were carried out. Variation in the frequency dependencies of the real and imaginary parts of the impedance of tin dioxide films was found to occur as a result of high-temperature annealing. Equivalent circuits for describing the properties of films with various structure and stoichiometric composition were proposed. Possibility of conductivity variation of the polycrystalline tin dioxide films as a result of аnnealing in an inert atmosphere was demonstrated by utilizing impedance spectroscopy. Annealing induces the recrystallization of the films, changing in their stoichiometry as well as increase of the sizes of SnO2 crystallites. Variation of electrical conductivity and structure of tin dioxide films as a result of annealing in inert atmosphere was confirmed by X-ray diffraction analysis. Analysis of the impedance diagrams of tin dioxide films was found to be a powerful tool to study their electrical properties. Целью работы являлось применение метода импедансной спектроскопии для анализа влияния отжига в инертной среде на электрофизические свойства и структуру нестехиометрических пленок диоксида олова. Пленки SnO2 варьируемого стехиометрического состава получали двухступенчатым окислением металлического олова, нанесенного на подложки поликристаллического Al2O3 методом магнетронного напыления на постоянном токе. Для модификации структуры и стехиометрического состава исходных покрытий проводился отжиг в инертной среде в интервале температур 300–800 °С. Измерения импеданса полученных пленок SnO2 проводились в диапазоне частот 20 Гц – 2 МГц при комнатной температуре на воздухе. Исследование электропроводности пленок диоксида олова на переменном токе позволило установить, что в результате высокотемпературного отжига происходит изменение частотных зависимостей действительной и мнимой частей импеданса пленок. Предложены эквивалентные схемы замещения, описывающие частотные зависимости импеданса пленок различного структурного и стехиометрического состава. Использование метода импедансной спектроскопии позволило установить, что в процессе окислительного отжига формируется поликристаллическая пленка диоксида олова, электропроводность которой можно варьировать отжигом в инертной среде, в результате которого происходит перекристаллизация пленок и изменение ее стехиометрического состава, а также увеличение размеров кристаллитов SnO2 . Изменения структуры и фазового состава пленок диоксида олова при проведении высокотемпературного отжига в инертной среде подтверждаются результатами проведенного рентгеноструктурного анализа. Установлено, что анализ годографов импеданса является информативным способом для исследования электрофизических свойств и структуры поликристаллических пленок диоксида олова

Особенности адсорбции и десорбции водяных паров на поверхности пленок нестехиометрического диоксида олова

Herein, the influence of water vapor adsorption and desorption processes on the surface of SnO2−δ nanocrystalline films with different concentrations of oxygen vacancies on their electrical conductivity at room temperature was studied. SnO2−δ films were synthesized by means of reactive magnetron sputtering of tin in an argon-oxygen plasma followed by 2-stage oxidative annealing. The concentration of oxygen vacancies in the films was varied by changing the 2nd stage annealing temperature within the range 350–400 °C. It was found that in the films with the highest concentration of oxygen vacancies (~1020 cm−3) in the region of low relative humidity (less than ~30 %), an increase in electrical conductivity was observed due to the dissociative adsorption of water molecules with the formation of hydroxyl groups. The adsorption of water vapor on the surface of SnO2−δ films at room temperature at relative humidity values higher than ~30 % was found to induce a decrease in the electrical conductivity of the samples. The generation of positive and negative EMF pulses between the open surface of SnO2−δ nanocrystalline films and the one covered by waterproof materials under the adsorption and desorption of water vapor, respectively, was detected. The change of resistance and the generated EMF value under the adsorption-desorption processes was found to increase with the concentration of free charge carriers in the films.Исследовано влияние процессов адсорбции и десорбции водяных паров на поверхности нанокристаллических пленок SnO2−δ с различной концентрацией кислородных вакансий на их электропроводность при комнатной температуре. Пленки SnO2−δ были синтезированы методом реактивного магнетронного напыления олова в аргон-кислородной плазме с последующим двухстадийным окислительным отжигом на воздухе. Концентрация кислородных вакансий в пленках варьировалась посредством изменения температуры отжига на второй стадии в диапазоне 350–400 °C. Установлено, что в пленках с наибольшей концентрацией кислородных вакансий (~1020 см−3) в области малых значений относительной влажности (менее ~30 %) наблюдается увеличение электропроводности в силу диссоциативной адсорбции молекул воды с образованием гидроксильных групп. Обнаружено, что адсорбция водяных паров на поверхности пленок SnO2−δ при комнатной температуре при значениях относительной влажности более ~30 % приводит к уменьшению электропроводности образцов. Обнаружена генерация положительного или отрицательного импульса ЭДС между открытой и закрытой водонепроницаемым материалом поверхностями нанокристаллических пленок SnO2–δ при адсорбции или десорбции на них паров воды соответственно. Установлено, что с увеличением концентрации кислородных вакансий в пленках изменение сопротивления и величина генерируемой ЭДС при адсорбции-десорбции паров воды возрастают

Fabrication and Characterization of Transparent Tin Dioxide Films with Variable Stoichiometric Composition

Tin dioxide films with variable stoichiometric composition were fabricated by means of dc magnetron sputtering followed by a 2-stage annealing process. The structural and electrical properties of tin dioxide films were investigated by means of the Raman spectroscopy and impedance spectroscopy, respectively. It was found that crystallinity and grain size of tin dioxide films increase with the increasing annealing temperature. The most conductive samples were obtained at the annealing temperature 375°C. Increasing of the impedance of films annealed at higher temperatures is explained by decrease of the concentration of oxygen vacancies

Weak localization and electron-electron interactions in polycrystalline tin dioxide films

International audienceQuantum Hall effect in monolayer, bilayer and trilayer graphene C Cobaleda, E Diez, M Amado et al.-Effects of Rashba spin splitting and exchange interaction in electron spin resonance in narrow-gap quantum well heterostructures S S Krishtopenko, K V Maremyanin, A V Malyzhenkov et al.-This content was downloaded from IP address 195.83.11.69 on 12/06 Abstract. Electrical and magnetotransport properties of polycrystalline tin dioxide films were investigated in the temperature range 2-300 K and in high magnetic fields up to 27 T. The experimental data were analyzed using models inherent both for 2D and 3D disordered systems. A crossover from 2D to 3D behaviour was observed as the temperature was increased