Uusia vahvoja perusteita grafeenielektroniikalle

23.12.2022

Gerogia-Walt-and-Claire-with-model-500-t.jpgNanoelektroniikan alalla kaivataan materiaalia, joka voisi korvata piin. Grafeeni on vaikuttanut lupaavalta vuosikymmeniä mutta sen potentiaali on matkan varrella horjunut.

Walter de Heer, Georgia Institute of Technologyn professori, on ottanut kriittisen askeleen eteenpäin kehitellessään piin seuraajaa.

De Heer ja hänen työtoverinsa kehittivät uuden grafeeniin perustuvan nanoelektroniikan alustan, joka sopii yhteen nykyelektroniikan valmistuksen kanssa.

Juuri julkaistun tutkimuksensa aikana ryhmä on saattanut löytää myös uuden kvasihiukkasen. Heidän löytönsä voisi johtaa pienempien, nopeampien, tehokkaampien ja kestävämpien tietokonesirujen valmistukseen ja sillä voi olla vaikutuksia kvantti- ja korkean suorituskyvyn laskentaan.

"Alusta lähtien oli selvää, että grafeenia voidaan pienentää paljon enemmän kuin piitä - mahdollistaen paljon pienempiä laitteita, samalla kun ne toimivat suuremmilla nopeuksilla ja tuottaen paljon vähemmän lämpöä de Heer toteaa."

Vuonna 2001 de Heer ehdotti vaihtoehtoista elektroniikan muotoa, joka perustuu epitaksiaaliseen grafeeniin – grafeenikerrokseen, jonka havaittiin muodostuvan spontaanisti piikarbidikiteen pinnalle. Tuolloin tutkijat havaitsivat, että sähkövirrat kulkevat ilman resistanssia epigrafeenin reunoja pitkin ja että grafeenirakenteet voidaan yhdistää saumattomasti toisiinsa ilman metallijohtoja. Tämä yhdistelmä mahdollistaa elektroniikan muodon, joka perustuu grafeenin elektronien ainutlaatuisiin valon kaltaisiin ominaisuuksiin.

"Kvantti-interferenssiä on aikoinaan havaittu hiilinanoputkissa alhaisissa lämpötiloissa ja odotamme samanlaisia vaikutuksia epigrafeeninauhoissa ja -verkkorakenteissa", de Heer kertoo.

Georgia-graphene-graphic-250-t.jpgAlustan luomiseksi uudelle nanoelektroniikalle tutkijat loivat modifioidun epigrafeenimuodon piikarbidikidealustalle. Tutkijat käyttivät elektronisuihkulitografiaa leikkaamaan grafeenin nanorakenteita ja hitsaamaan niiden reunat piikarbidisiruihin. Tämä prosessi stabiloi ja sulkee mekaanisesti grafeenin reunat, jotka muuten reagoisivat hapen ja muiden kaasujen kanssa, ja saattavat siten häiritä varausten liikettä reunaa pitkin.

Ryhmän grafeenireunatilassa havaitsemat sähkövaraukset olivat samanlaisia kuin optisessa kuidussa olevat fotonit, jotka voivat kulkea pitkiä matkoja siroamatta. Grafeenin reunatilassakin varaukset kulkivat kymmeniä tuhansia nanometrejä pitkin reunaa ennen siroamistaan.

"Reunojen sähkövarauksissa on erityistä, se että ne pysyvät reunalla ja jatkavat matkaa samalla nopeudella, vaikka reunat eivät olisikaan täysin suoria", toteaa professori Claire Berger.

Reunatilassa esiintyy vapaa polku, joka on 5000 kertaa suurempi kuin bulkkitiloissa ja se sisältää teoreettisesti odottamattoman Majoranan kaltaisen nollaenergian rappeutumattoman kvasipartikkelin, joka ei tuota Hall-jännitettä. Kun reunatila ei synnytä Hall-jännitettä, se viittaa siihen, että reunatila on ambipolaarinen yksikanavainen tila, joka kuljettaa virtaa puoliksi elektronin ja puoliksi aukon avulla.

Kyseessä on erittäin epätavallinen kvasihiukkanen, jolla ei ole varausta eikä energiaa mutta joka kuitenkin liikkuu ilman resistanssia. Hybridi-kvasihiukkasten komponenttien havaittiin kulkevan grafeenin reunojen vastakkaisilla puolilla, vaikka ne olivat yksittäisiä objekteja.

Tutkijoiden mukaan erikoiset ominaisuudet viittaavat siihen, että kvasihiukkanen saattaa olla vaikeasti havaittu Majorana-fermion.

"Elektroniikan kehittäminen käyttämällä tätä uutta kvasihiukkasta saumattomasti toisiinsa yhdistetyissä grafeenirakenteissa on pelin muutos. Menee todennäköisesti kuitenkin vielä 5-10 vuotta, ennen kuin meillä on grafeenipohjaista elektroniikkaa, " de Heer päättelee.

Tutkimusraportti: An epitaxial graphene platform for zero-energy edge state nanoelectronics.

Aiheesta aiemmin:

Aaltoilevan grafeenin elektroniikkaa

Grafeenin nanonauhat käyttöön

Grafeeni ja terahertsit

21.03.2023Valoemissio ilman teoriaa
20.03.2023Aurinkokennoa rullalta rullalle
18.03.2023Sähköisesti ohjattua passiivista säteilyjäähdytystä
17.03.2023Ferrosähköinen HEMT-transistori
16.03.2023Yhden fotonin emittereitä piille
15.03.2023Fononit, kvanttipiste ja grafeeni
14.03.2023Kestomagneettisuutta tuottaen
13.03.2023Aivoissa valmistuvat elektrodit
12.03.2023Hiilinanoputki kvanttibittien kodiksi
09.03.2023Ionit kuriin perovskiittisissa aurinkokennoissa
08.03.2023Käsialakuvion ennätysmäistä tunnistusta
07.03.2023Suprajohdekubitteja kolmessa ulottuvuudessa
06.03.2023Kevyempiä ja pehmeämpiä ja robotteja
04.03.2023Ihmisen aivosoluilla toimiva tietokone?
03.03.2023Metapinnoilla kohti 6G:tä
02.03.2023Pietsosähköakustiikalla kevyempää RF-tekniikkaa
01.03.2023Molekyylielektroniikan airueita
28.02.2023Antureita mikrobien nanolangoista
27.02.2023Neljän elektronin litium-ilma akku
24.02.2023Uusia eväitä kubiteille
23.02.2023Lämmönhallintaa karheille pinnoille
22.02.2023Erittäin lupaavia elektrolyyttiehdokkaita
21.02.2023Mekaanisesti mukautuva antenni
20.02.2023Litimumniobaattia piin kaveriksi
18.02.2023Merkittäviä läpimurtoja perovskiiteissä
17.02.2023Skyrmionit lukevat käsialaa
16.02.2023Kubitteja laaksoissa, flip-floppina ja perovskiitissä
15.02.2023Monipuolinen ferrosähköisyys
14.02.2023Strukturoidun valon vääristymättömiä muotoja
13.02.2023Topologinen akustinen aaltoputki
10.02.2023Kvanttitietokoneen ionikubitit siirtyvät hienosti
09.02.2023Lämpöä siirtävä kvasihiukkanen
08.02.2023Pehmusteella tehostettua perovskiittia
07.02.2023Ledit pinoon tarkasti
06.02.2023Suurta energian keruuta pienestä liikkeestä
04.02.2023Älykäs piilolinssi ja vauvanvaippa
03.02.2023Kvanttisimulointia analogisesti ja koneoppimisella
02.02.2023Sähköisesti kytkettävää kidesymmetriaa ja suprajohtavuutta
01.02.2023Pystysuuntainen sähkökemiallinen transistori
31.01.2023Matematiikkaa valon nopeudella
30.01.2023Monikäyttöinen kaksiulotteinen
28.01.2023Aaltoputkia ilmaan ja salamalle
27.01.2023Edistystä suprajohteisissa kubiteissa
26.01.2023Pienempiä ja halvempia virtausakkuja
25.01.2023Kaksiulotteisia kiekkoalustoille
24.01.2023Virstanpylväs valotoimiselle elektroniikalle
23.01.2023Topologiaa optiseen kuituun
23.01.2023Riittävätkö alkuaineet
21.01.2023Hengittävä superkondensaattori
20.01.2023Terahertsinen langaton linkki
19.01.2023Elektroninen silta kaksiulotteisissa
18.01.2023Kosmiset säteet salausmenetelmänä
17.01.2023Spinit hallintaan miljardin kubitin sirulla
16.01.2023Ihmiskeho auttaa hukkaenergian keräämistä
15.01.2023Rele grafeenista
14.01.2023Pienten lentäjien lennonhallintaa
13.01.2023Tehokkaita sirukokoisia näkyvän valon lasereita
12.01.2023Perovskiittien älykalvoja ja itsekorjautuvutta
11.01.2023Moduuli kvantti-informaation siirrolle
10.01.2023Litium-rikki akut askeleen lähempänä
09.01.2023Aktiivinen pikselianturi
07.01.2023Halpaa ja kestävää vetyä aurinkovoimalla
06.01.2023Uusia näkymiä infrapunan alueilla
05.01.2023Symmetrian voimalla uusia kvanttitekniikoita
04.01.2023Valolla käskyttävä sydämentahdistin
03.01.2023Kohti puolijohteisia kvanttitietoverkkoja
02.01.2023Vuorovaikutuksettomia mittauksia
30.12.2022Kestävämpiä ja ohuempia aurinkokennoja
29.12.2022Kaksiulotteista ferrimagnetismia grafeeniin
28.12.2022Syvästi oppinut atomien kokoaja
27.12.2022Neljäs ulottuvuus 3D-tulostukseen
23.12.2022Uusia vahvoja perusteita grafeenielektroniikalle
22.12.2022Mikropallopari muuttaa mikroaallot valoksi
21.12.2022Hiilinanoputkia ja atomeja energian varastoinnille
20.12.2022Monipuolistuvat transistorit
19.12.2022Tekoäly pakkaa ja 3D-tulostettu dekooderi purkaa
17.12.2022Vihreää vetyä ja eteeniä
16.12.2022Sirulle sopiva laserisolaattori
15.12.2022Romuelektroniikan kulta lääkkeitä katalysoimaan
14.12.2022Logiikkaa optiselle laskennalle
13.12.2022Kvanttivalon värin muuttaminen sirulla
12.12.2022Demonit ja timantit avuksi
09.12.2022Grafeenin avulla "transistori" suprajohtavuudelle
08.12.2022Pietsosähköä halliten ja tehostaen
07.12.2022Neljä ulottuvuutta kvanttiviestintään
06.12.2022Akkuelektrodeita kehittäen
05.12.2022Uusi konsepti aurinkokennoille
02.12.2022Monitoimiset metapintojen antennit
01.12.2022Paremmilla transistoreilla vai peräti ilman
30.11.2022Kasvihuonekaasu CO2 akun komponentiksi
29.11.2022Kuitua kvanttiviestinnälle
28.11.2022Älykkäästi reagoivaa materiaalia
25.11.2022Aikalinssi tuottaa ultranopeita pulsseja
24.11.2022Kohti pikofotoniikkaa
23.11.2022Lämpösähköisiä nopeasti
22.11.2022Piifotoninen MEMS add-drop -suodatin
21.11.2022Kotimainen kubitti
21.11.2022Elävien tietokoneiden suunnittelu ja ohjelmointi
17.11.2022Kvanttimateriaalit ja terahertsit
16.11.2022Tekoäly optimoi tehomuuntimia

Näytä lisää »