Grafeenin nanonauhat käyttöön

Noin 12 nanometriä leveitä grafeeninauhoja tutkitaan tarkoituksena luoda täysin hiilestä valmistettua, erittäin ohutta ja mukautuvaa materiaalia televiestinnän suorituskyvyn parantamiseksi. Rakenteet toimivat kuin pienet antennit ja vuorovaikuttavat valon kanssa.

Suurempi kuva

University of Wisconsin-Madisonin tutkijat ovat valmistaneet grafeenin pienimmiksi nauharakenteiksi tähän mennessä menetelmällä, joka tekee teollisestakin skaalauksesta käyttökelpoisen.

Nauhojensa testeissä tutkijat havaitsivat, että ne lähestyivät ominaisuuksia, joita he tarvitsivat siirtääkseen grafeenin kohti hyötykäyttöä tietoliikennelaitteissa.

Yksi tapa parantaa grafeenin suorituskykyä on leikata se nanometrien levyisiksi nauharakenteiksi, jotka toimivat pieninä antenneina vuorovaikutuksessa valon kanssa. Mitä pienempi antenni, sitä suurempien valoenergioiden kanssa se on vuorovaikutuksessa. Se voidaan myös "virittää" olemaan vuorovaikutuksessa useiden valoenergioiden kanssa, ja kun siihen kohdistuu sähkökenttä, se venyttää suorituskykyä edelleen.

Nauhojen ennätysmäinen kapeus saavutettiin rakentamalla nauhanmuotoisia polymeerejä grafeenin päälle ja syövyttämällä sitten osa ympäröivästä materiaalista pois, jolloin saatiin tarkasti piirtyneet kapeat grafeeninauhat.

"Saavutus on erittäin hyödyllinen, koska ei ole hyviä valmistustekniikoita päästä tekemäämme ominaisuuksien kokoon 12 nanometriä, laajasti suurella alueella", Siegel sanoo. "Eikä ole mitään eroa niillä kuvioilla joita teimme senttimetrien alueelle sen kanssa mitä tehdään kuuden tuuman kiekkojen parissa, jotka ovat hyödyllisiä teollisiin sovelluksiin. Sitä on erittäin helppo laajentaa."

Kölnin yliopiston johtama kansainvälinen tutkimusryhmä on onnistunut puolestaan ensimmäistä kertaa yhdistämään useita grafeenisia nanonauhoja heterorakenteiksi ja integroimaan niitä elektroniseen komponenttiin. Näin he ovat luoneet uudenlaisen anturin, joka on erittäin herkkä atomeille ja molekyyleille.

Integroituaan rakenteet elektroniseen laitteeseen nanonauhojen heterorakenteen läpi kulkevaa sähkövirtaa ohjaa kvanttimekaaninen tunnelivaikutus. Tämä tarkoittaa, että tietyissä olosuhteissa elektronit voivat voittaa atomien olemassa olevat energiaesteet "tunneloitumalla" siten, että virta virtaa tällöin, vaikka este on suurempi kuin elektronin käytettävissä oleva energia.

Heterorakenteen läpi kulkeva tunnelivirta on erityisen herkkä pinnoille kertyville adsorbaateille. Eli virran voimakkuus muuttuu, kun atomeja tai molekyylejä, kuten kaasuja, kertyy anturin pinnalle.

'Rakentamallamme anturilla on erinomaiset ominaisuudet. Muun muassa se on erityisen herkkä ja sitä voidaan käyttää pienimpienkin adsorbaattimäärien mittaamiseen '', kertoi professori Alexander Grüneis, kokeellisen fysiikan instituutin tutkimusryhmän johtaja.

Aiheesta aiemmin:

Hiilestä transistoreita ja tietokoneita

Grafeeni ja COVID-19 yhteen soppii

Nanotransistoreita ja kubitteja