В 2004 году исследователи обнаружили сверхтонкий материал, который по меньшей мере в 100 раз прочнее стали, и самый известный проводник тепла и электричества.
Это означает, что материал, графен , может принести электронику быстрее, чем это возможно сегодня с кремнием.
Но чтобы быть по-настоящему полезным, графену нужно было бы проводить электрический ток, который включался и выключался, подобно тому, что кремний делает в виде миллиардов транзисторов на компьютерном чипе. Это переключение создает строки 0 и 1, которые компьютер использует для обработки информации.
Исследователи из Университета Пердью, в сотрудничестве с Мичиганским университетом и Университетом науки и технологии Хуажонг, показывают, как лазерная техника может постоянно создавать графену структуру, позволяющую протекать электрическому току.
Эта структура представляет собой так называемую «запрещенную зону». Электроны должны перепрыгивать через этот промежуток, чтобы стать электронами проводимости, что делает их способными переносить электрический ток. Но у графена, естественно, нет запрещенной зоны.
Исследователи Пердью создали и расширили ширину запрещенной зоны в графене до рекордных 2,1 электронвольт. Чтобы функционировать в качестве полупроводника, такого как кремний, ширина запрещенной зоны должна составлять, по крайней мере, предыдущий рекорд 0,5 электронвольт.
«Это первый случай, когда усилия достигли такой высокой ширины запрещенной зоны, не влияя на сам графен, например, посредством химического легирования. Мы чисто напрягли материал», — сказал Гэри Ченг, профессор промышленного проектирования в Пердью, чья лаборатория исследовала различные способы сделать графен более полезным для коммерческого применения.
Наличие запрещенной зоны позволяет полупроводниковым материалам переключаться между изоляцией или проводкой электрического тока в зависимости от того, проталкиваются ли их электроны через запрещенную зону или нет.
Исследователи утверждают, что превышение 0,5 электронвольт открывает еще больший потенциал для графена в электронных устройствах следующего поколения. Их работа появляется в выпуске Advanced Materials .
«Исследователи в прошлом открывали запрещенную зону, просто растягивая графен, но растягивание в одиночку не сильно расширяет запрещенную зону. Вам нужно постоянно менять форму графена, чтобы держать запрещенную зону открытой», — сказал Ченг.
Ченг и его сотрудники не только сохранили ширину запрещенной зоны в графене, но и добрались до того места, где ширина щели может быть настроена от нуля до 2,1 электронвольт, что дает ученым и производителям возможность просто использовать определенные свойства графена в зависимости от того, что они хотят материал, чтобы сделать.
Исследователи сделали структуру запрещенной зоны постоянной в графене, используя технику, называемую импринтинг лазерным ударом, которую Чен разработал в 2014 году вместе с учеными из Гарвардского университета, Мадридского института перспективных исследований и Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Для этого исследования исследователи использовали лазер для создания ударно-волновых импульсов, которые проникали в нижележащий слой графена. Лазерный шок натягивает графен на форму, похожую на желоб, и постоянно формирует его. Регулировка мощности лазера регулирует ширину запрещенной зоны .
По словам Ченга, эта технология еще далека от использования графена в полупроводниковых приборах, однако она дает больше гибкости в использовании оптических, магнитных и тепловых свойств материала.
Теги: графен, лазер
