Физика Низких Температур: Том 48, Выпуск 2 (Февраль 2022), c. 103-113    ( к оглавлению , назад )

Low-temperature magnetoresistance of multi-walled carbon nanotubes with perfect structure

I.V. Ovsiienko1, T. A. Len1, I. G. Mirzoiev2, E. Yu. Beliayev2, D. Gnida3, L.Yu. Matzui1, and V. M. Heraskevych1

1Taras Shevchenko National University of Kyiv, Departments of Physic, Kyiv 01601, Ukraine

2B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of NAS of Ukraine, Kharkiv 61103, Ukraine

3Institute of Low Temperature and Structure Research, Polish Academy of Sciences, P.O. Box 1410, 50-950 Wroclaw, Poland
E-mail: iaryna2002@gmail.com

Received June 14, 2021, published online December 25, 2021

Abstract

The magnetoresistance of multi-walled carbon nanotubes is studied in the temperature range 4.2–200 K and magnetic fields up to 9 T. The magnetoresistance is negative in the whole temperature range. For small magnetic fields and low temperatures, the dependence of the relative conductivity on the magnetic field is quadratic. However, as the magnetic field increases, it becomes logarithmic, which may be described by weak localization and charge carriers’ interaction models. We show that the addition to conductivity due to the charge carriers’ weak localization significantly exceeds the addition due to the effect of the charge carriers’ interaction. The Fermi energy and the charge carriers’ interaction constant were estimated in terms of these models using the experimental data on the magnetoresistance field and temperature dependences. Also, we determined the exact form for the temperature dependence of the phase relaxation time of the charge carriers’ wave function.

Анотація

Магнітоопір багатостінних вуглецевих нанотрубок досліджується в температурному інтервалі 4.2 – 200 K та магнітних полях до 9 Tл. В усьому температурному інтервалі магнітоопір є від’ємним. Для малих магнітних полів та низьких температур відносна провідність вуглецевих нанотрубок є квадратичною за магнітним полем. Проте, зі зростанням магнітного поля ця залежність стає логарифмічною, що описується в рамках моделей слабкої локалізації та взаємодії носіїв заряду. В роботі показано, що добавка до провідності внаслідок ефекту слабкої локалізації носіїв заряду суттєво перевищує добавку до провідності, пов’язану з взаємодією носіїв заряду. З використанням експериментальних даних з температурної та польової залежностей магнітоопору в рамках моделей слабкої локалізації та взаємодії носіїв заряду оцінено енергію Фермі та сталу взаємоді ї носіїв заряду. Також визначено точний вигляд температурної залежності часу релаксації фази хвильової функції носіїв заряду.

Key words: multi-walled carbon nanotubes, magnetoresistance, charge carriers’ weak localization and interaction effects, phase relaxation time of wave function.