Muokattava kaistaero grafeenilla

Jo 15 vuoden ajan tiedemiehet ovat yrittäneet hyödyntää grafeenia tuottamaan nanomittakaavan elektroniikkaa.

Teoriassa grafeenia voidaan muuttaa suorittamaan monia erilaisia tehtäviä esimerkiksi elektroniikassa, fotoniikassa tai antureissa piirtämällä siihen pieniä kuvioita, koska tämä muuttaa olennaisesti sen kvanttiominaisuuksia.

Kuitenkin kaistaeron tuottaminen grafeeniin on ollut haastava. Tanskan teknillinen yliopiston ja Aalborgin yliopiston yhteinen Center for Nanostructured Graphene at DTU:n tutkijat ovat nyt tuottaneet litografisesti muokattu kaistarakenteen grafeeniin.

"Grafeeni on fantastinen materiaali, joka mielestäni tulee olemaan ratkaiseva asema uuden nanoskooppisen elektroniikan valmistamisessa. Ongelmana on, että sähköisten ominaisuuksien suunnittelua on erittäin vaikeaa", sanoo DTB: n fysiikan professori Peter Bøggild.

Ensin tutkijat kapseloivat grafeenin toisen kaksiulotteisen materiaalin sisään - heksagonaalisen boorinitridin, ei-johtavan materiaalin, jota käytetään usein grafeenin ominaisuuksien suojaamiseen.

Seuraavaksi he elektronisuihkulitografialla kuvioivat boorinitridiä ja grafeenia tiheästi pienillä rei´illä. Reikien halkaisija on n. 20 nanometriä, ja niiden väli on vain 12 nanometriä. Kuviorakenne mahdollistaa tuhat kertaa enemmän sähkövirtaa kuin mitä on raportoitu vastaavissa pienissä grafeenirakenteissa.

"Olemme osoittaneet, että pystymme hallitsemaan grafeenin kaistarakennetta ja suunnittelemaan sen toimintaa. Kun hallitsemme kaistan rakennetta, meillä on pääsy kaikkiin grafeenin ominaisuuksiin. Lisäsi huomasimme yllätykseksemme, että jotkut kaikkein hienovaraisimmista kvanttielektronisista vaikutuksista selviytyvät tiheässä kuvioinnissa - mikä on erittäin rohkaisevaa. Työmme lupailee, että voimme istua tietokoneen ääreen ja suunnitella komponentteja ja laitteita - tai unelmoida jotain aivan uutta - ja sitten mennä laboratorioon ja toteuttaa ne käytännössä, toteaa Peter Bøggild.

"Monet tiedemiehet ovat jo aikoja sitten luopuneet nanolitografian kokeilemisesta grafeenissa tällä mittakaavalla, ja se on melko sääli, koska nanorakenne on ratkaiseva väline grafeenielektroniikan ja fotoniikan mielenkiintoisimpien ominaisuuksien hyödyntämiseksi. Voidaan sanoa, että kirous on nyt voitettu. On edelleen olemassa haasteita, mutta se, että voimme räätälöidä grafeenin elektronisia ominaisuuksia on suuri askel kohti uutta elektroniikkaa, jolla on erittäin pienet mitat, iloitsee” Peter Bøggild.

Aiheesta aiemmin:

Grafeenin hiutaleista kvanttitransistoreita

Grafeeni lähemmäksi transistorisovelluksia