Grafeeni tarvitsee kaverin

MIT:n (Massachusetts Institute of Technology) johdolla toimineet tutkijat ovat löytäneet grafeeni-boorinitridin yhdistelmän tuottavan grafeeniin innokkaasti etsityn kaistaeron. Grafeeni on erittäin hyvä johde ja boorinitridi hyvä eriste.

Nämä yhdistämällä syntyy hybridimateriaali, jolla on erilaiset ominaisuudet kuin kummallakaan kahdesta. Saatu materiaali jakaa grafeenin kyvyn johtaa elektroneja, mutta lisää yhdisteeseen kaistaeron.

Jotta hybridimateriaali toimisi, tutkijoiden oli sovitettava toisiinsa kahden materiaalin atomihilat. Ne ovat boorinitridillä 1,8 prosenttia suurempia, joten laajemmalla alueella sovitus menee sekaisin. Tässä vaiheessa, tutkijat ryhtyivät virittelemään kulmittaisia kohdistuksia, mikä mahdollistaa myös erilaisten sähköisen ominaisuuksien luomisen.

Aiemmat tutkijat ovat tehneet grafeenin puolijohteeksi etsaamalla ne kapeiksi nauhoiksi mutta menetelmä heikentää grafeenin sähköisiä ominaisuuksia. Uusi menetelmä ei tuota tällaista heikkenemistä.

Tähän mennessä luotu kaistaero on pienempi kuin tarvitaan käytännön elektroniikkalaitteisiin. Asia vaatii lisätutkimuksia mutta jo nykyisellä tasolla, sille löytyy käyttöä joissakin optoelektroniikan sovelluksissa, kuten valoilmaisimissa.

Tulokset vaativat kyllä vielä jonkin selityksen teoreetikoilta. Koska kahden materiaalin hilavakioissa on eroa, tutkijat olivat ennustaneet, että hybridit ominaisuudet vaihtelisivat paikasta toiseen. Sen sijaan nyt löytyi vakio ja odottamattoman suuri kaistaeron koko pinnan alalta.

Boori on kiinnostava kumppani grafeenille myös akkututkimuksissa. Rice Universityssä tehdyt teoreettiset laskelmat, osoittavat, että grafeeni/booriyhdiste voisi toimia tehokkaana ultraohuena anodina litium-ioni-akuissa. Sen kapasiteetti voisi olla kaksi kertaa suurempi kuin nykyisin käytetyllä grafiitilla. Samalla myös jännitetaso on oikea.