Grafeenimaista kolmiulotteista materiaalia

Oxfordin ja Standforin yliopistojen sekä SIMES ja Berkeley Lab tutkimuslaitosten tutkijat uskovat kadmiumarseenista voitavan tuottaa käytännön laitteita, joiden raktenteista löytyy samanlaisia epätavallisia ominaisuuksia kuten kaksiulotteisella grafeenilla.

He ovat löytäneet ominaisuuksiltaan grafeenia muistuttavan materiaalin mutta jolla on selkeä kolmiulotteinen rakenne. Sellaisesta on paljon helpompi rakentaa elektronisia laitteita, kuten erittäin nopeita transistoreita, antureita ja läpinäkyviä elektrodeja.

Ryhmän työ perustuu aikaisempiin tutkimuksiin natriumvismutti -yhdisteestä, joka myös jäljittelee grafeenia mutta muuttuu jauheeksi joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa.

Aihetta tutkitaan useammassakin kansainvälisessä tutkimusryhmässä osana grafeenin kadehdittavien ominaisuuksien käyttöönottamista. Tämäkin tutkijaryhmä etsii jatkossa teoreetikoiden kanssa mahdollisia muita ja jopa parempia materiaaleja.

Tutkimuksellisesti kyseessä on kolmiulotteiset topologiset Dirac-puolimetallit (TDS). Grafeenimaisten ominaisuuksien lisäksi niiden sähköisessä rakenteessa esiintyy myös yhtäläisyyksiä topologisten eristeiden kanssa.

Aihetta jälkimmäisestä näkökulmasta tutkinut Princetonin yliopiston tutkijaryhmä on havainnut uudenlaisen kvanttivaikutuksen, joka mahdollistaa elektronien kulkea joidenkin topologisten eristeiden sisäosan läpi hyvin vähäisellä vastuksella. Tähänastisen käsityksen mukaan topologisissa eristeissä elektronit ovat kulkeneet vain sen pintaa pitkin.

Princetonissa tutkituissa topologisissa eristeissä ja uuden luokan materiaaleissa atomien ominaisuudet yhdistyvät luomaan kvantti-ilmiöitä, jotka houkuttelevat elektroneja toimimaan saman lailla kuin valoaallot eikä niinkään yksittäisinä hiukkasina. Tällaiset aallot voivat puikkelehtia ympäriinsä ja jopa liikkua läpi esteiden, jotka tyypillisesti pysäyttävät useimmat elektronit.

Aiheesta aiemmin:

Kolmiulotteinen vastine grafeenille

Edullista 3D-grafeenia