• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.17 no.4
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• pp.166-171
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• 2007

We report the magneto-transport properties of an individual single crystalline Bi nanowire grown by a spontaneous growth method. We have successfully fabricated a four-terminal device based on an individual 400-nm-diameter nanowire using plasma etching technique to remove an oxide layer forming on the outer surface of the nanowire. The transverse MR (2496% at 110 K) and longitudinal MR ratios (38% at 2 K) for the Bi nanowire were found to be the largest known values in Bi nanowires. This result demonstrates that the Bi nanowires grown by the spontaneous growth method are the highest-quality single crystalline in the literatures ever reported. We find that temperature dependence of Fermi energy ($E_F$) and band overlap (${\triangle}_0$) leads to the imbalance between electron concentration ($n_e$) and hole concentration ($n_h$) in the Bi nanowire, which is good agreement with the calculated $n_e\;and\;n_h$ from the respective density of states, N(E), for electrons and holes. We also find that the imbalance of $n_e\;and\;n_h$ plays a crucial role in determining magnetoresistance (MR) at T<75 K for $R_T$ and at T<205 K for $R_L$, while mean-free path is responsible for MR at T>75 K for $R_T$ and T>205 K for $R_L$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.589-589
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• 2013

열전재료는 제백효과(Seebeck effect)에 의해 폐열을 전기에너지로 변환시킬 수 있는 소재로서, 기존의 열전재료가 나노수준으로 크기가 줄어들 경우 양자제한효과에 의한 제백계수의 증가와 표면산란에 의한 열전도도 감소로 인해 벌크재료에 비해 높은 에너지변환효율을 가질 수 있을 것으로 기대되고 있다. 에너지 변환효율은 열전성능계수인 $ZT=S2{\sigma}T/k$로 정의되며 따라서 우수한 열전재료는 높은 제백계수 S와, 높은 전기전도도 ${\sigma}$ 및 낮은 열전도도 k를 갖는 재료여야 한다. 그러나 나노소재는 낮은 측정 신호와 측정소자준비가 어려워 기존 측정시스템으로는 원활한 측정이 어렵다. 특히 열전도도의 경우 나노소재 자체의 열전도 보다 나노소재 주변 구조에 의한 열전도가 큰 경우 정확한 열전도도 평가가 어렵다. 본 연구에서는 나노선의 열전물성을 평가하기 위해 MEMS기반 기술을 이용하여 열전물성 측정플랫폼(MEMS-based thermoelectric measurement platform, MTMP)을 개발하였다. 개발 된 MTMP는 얇은 Si nitride 브릿지들이 허공에 떠 있는 두 개의 아일랜드 형태의 멤브레인 구조를 지지하는 형태로 제작되었으며, 한 쪽 아일랜드구조 위에는 나노히터가 있어 두 아일랜드 구조 사이에 온도구배를 만들 수 있도록 제작되었다. 제작된 멤브레인을 이용하여 전기화학적인 방법으로 합성한 Bi-Te계 나노선의 S, ${\sigma}$ 그리고 k를 측정하였다. 측정결과 화학양론적 미세구조를 갖는 단결정 Bi2Te3 나노선은 300 K의 측정온도에서 $S=-57{\mu}V/K$, ${\sigma}=3.9{\times}10^5S/m$, k=2.0 W/m-K의 측정 값으로 ZT=0.19였다. 본 연구에서 개발한 MTMP는 나노선 뿐만 아니라 나노플레이트의 열전 측정에도 활용할 수 있는 구조로서 나노열전소재 측정에 널리 활용될 수 있다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.18 no.2
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• pp.103-106
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• 2008

The magneto-transport properties of an individual single crystalline Bi nanowire grown by a spontaneous growth method are reported. A four-terminal device based on an individual 400-nm-diameter nanowire was successfully fabricated using a plasma etching technique that removed an oxide layer that had formed on the surface of the nanowire. Large transverse ordinary magnetoresistance (1401%) and negative longitudinal ordinary magnetoresistance (-38%) were measured at 2 K. It was observed that the period of Shubnikov-de Haas oscillations in transverse geometry was $0.074^{T-1}$, $0.16^{T-1}$ and $0.77^{T-1}$, which is in good agreement with those of bulk Bi. However, it was found that the period of SdH oscillation in longitudinal geometry is $0.24^{T-1}$, which is larger than the value of $0.16^{T-1}$ reported for bulk Bi. The deviation is attributable to the spatial confinement arising from scattering at the nanowire surface boundary.