Grafeenia doupaten

Columbian yliopiston tutkijat lähestyvät kaksiulotteisen grafeenin hallintaa. Piin kolmiulotteinen hila alkaa olla liian iso seuraavan sukupolven elektroniikkaan. Sitä pienentääkseen tutkijat kokeilevat atomin paksuisia materiaaleja, kuten grafeenia. Mutta perinteinen 3D-piin seostuksen menetelmä ei toimi 2D-grafeenin kanssa, joka ei normaalisti johda virtaa.

Seostusaineiden injektoimisen sijaan tutkijat ovat yrittäneet rakentaa "varauksensiirtokerrosta", jonka tarkoituksena on ujuttaa tai vetää pois elektroneja grafeenista. Kuitenkin aiemmat menetelmät käyttivät likaisia materiaaleja jolloin niiden sisältämät epäpuhtaudet jättivät grafeenin epätasaisesti seostetuksi ja heikentäisivät sen kykyä johtaa sähköä.

Nyt uusi tutkimus ehdottaa parempaa tapaa. Tutkijaryhmä, jota johtivat James Hone ja James Teherani Columbian yliopistosta ja Won Jong Yoo Sungkyungkwanin yliopistosta Koreasta, kuvaavat puhdasta tekniikkaa grafeenin seostukseen varauksensiirtokerroksen kautta, joka on valmistettu vähäisen epäpuhtauden volframioksiselenidistä (TOS).

Tiimi loi uuden puhtaan kerroksen hapettamalla yhden atomikerroksen toisella 2D-materiaalilla, volframiselenidillä. Kun TOS kerrostettiin grafeenin päälle, he havaitsivat, että se jätti grafeenin täyteen sähköä johtavia aukkoja. Niitä voitaisiin hienosäätää materiaalien sähköä johtavien ominaisuuksien hallitsemiseksi paremmin, lisäämällä muutama atomikerros volframiselenidiä TOS:n ja grafeenin väliin.

Tutkijat havaitsivat, että grafeenin sähköinen liikkuvuus oli heidän uudella dopingmenetelmällään suurempi kuin aiemmat yritykset. Volframiselenidisten välikkeiden lisäys paransi liikkuvuutta entisestään pisteeseen, jossa TOS:n vaikutus muuttuu merkityksettömäksi, jolloin liikkuvuus määräytyy itse grafeenin luontaisten ominaisuuksien mukaan. Tämä hyvän dopingin ja suuren liikkuvuuden yhdistelmä antaa grafeenille paremman sähkönjohtavuuden kuin erittäin johtavilla metalleilla, kuten kuparilla ja kullalla.

Kun seostettu grafeeni parani johtamaan sähköä, siitä tuli myös läpinäkyvämpi, tutkijat kertovat. Tämä johtuu Pauli-estosta, ilmiöstä, jossa dopingilla manipuloidut varaukset estävät materiaalia absorboimasta valoa. Televiestinnässä käytetyillä infrapuna-aallonpituuksille grafeeni muuttui yli 99-prosenttisesti läpinäkyväksi.

Korkean läpinäkyvyyden ja johtavuuden saavuttaminen on ratkaisevan tärkeää informaation siirtämisessä valoon perustuvien fotonilaitteiden kautta. Ryhmä havaitsi paljon pienemmän häviön TOS-seostetulle grafeenille kuin muille johtimille, mikä viittaa siihen, että tämä menetelmä voisi sisältää potentiaalia seuraavan sukupolven erittäin tehokkaille fotonisille laitteille.

"Tämä on uusi tapa räätälöidä grafeenin ominaisuuksia tarpeen mukaan", Hone painottaa. "Olemme juuri alkaneet tutkia tämän uuden tekniikan mahdollisuuksia."

Yksi lupaava suunta on muuttaa grafeenin elektronisia ja optisia ominaisuuksia muuttamalla TOS:n kuviota ja painaa sähköpiirit suoraan itse grafeeniin. Tiimi työskentelee myös integroidakseen seostetun materiaalin uusiin fotonisiin laitteisiin, joilla on mahdollisia sovelluksia läpinäkyvässä elektroniikassa, tietoliikennejärjestelmissä ja kvanttitietokoneissa.

Aiheesta aiemmin:

Molekyyli kerrallaan