Hvor perfekt kan grafen være?

(PhysOrg.com) -- Fysikere har undersøgt den reneste grafen til dato, og har fundet ud af, at materialet besidder hidtil uset høj elektronisk kvalitet. Opdagelsen har hævet barren for dette relativt nye materiale, og udfordrer videnskabsmænd til at finde ud af, hvor perfekt grafen kan være.

Holdet af videnskabsmænd, Petr Neugebauer, et al, fra Grenoble High Magnetic Field Laboratory i Frankrig, har offentliggjort sin undersøgelse i et nyligt nummer af Fysiske anmeldelsesbreve , kaldet "Hvor perfekt kan grafen være?" Forskerne fandt ud af, at deres naturligt forekommende grafenprøve havde en bærermobilitet, der var næsten to størrelsesordener højere end andre typer grafen, og en spredningstid, der væsentligt overstiger dem, der er rapporteret i nogen menneskeskabte grafenprøver. Begge egenskaber kan åbne dørene for fremtidige udviklinger inden for grafenteknologier.

"Hovedfundet af vores papir er afgjort opdagelsen af, at der findes grafen af ​​usædvanlig høj kvalitet i naturen, meget bedre end menneskeskabte prøver fremstillet med nogen af ​​de nuværende metoder, enten ved eksfoliering af bulk grafit eller epitaksial vækst, ” fortalte medforfatter Milan Orlita PhysOrg.com . "Spørgsmålet for den nuværende teknologi er således ikke længere, om kvaliteten af ​​nutidens eksemplarer kan øges markant, men i stedet, hvordan gør man det. Og det er kun kvaliteten af ​​prøverne, der er, som mange forskere tror, begrænser yderligere fremskridt i grafens fysik."

Eksperimentelt realiseret for første gang i 2004, grafen består af et et-atom-tykt ark af kulstofatomer arrangeret i et sekskantet bikagegitter, giver det udseende af kyllingetråd. Grafen er den grundlæggende byggesten i flere andre kulstofallotroper:f.eks. grafenplader stablet sammen skaber grafit; rullet op, de laver kulstof nanorør; og rullede ind i en kugle, de bliver buckyballs. Derfor, at finde en mere perfekt form for grafen kan have vigtige konsekvenser for mange områder af nanoteknologi og materialevidenskab.

Som fysikerne forklarer i deres undersøgelse, der har været en hel del forskning i at udforske grafens kvanteelektrodynamiske egenskaber. Imidlertid, yderligere fremskridt synes at være begrænset af den utilstrækkelige elektroniske kvalitet af menneskeskabte grafenstrukturer. Ud over, grafen's substrat og andre omgivende medier har en tendens til at forringe den elektroniske kvalitet af grafenprøver. Prøver af højere kvalitet er afgørende for at udforske de realistiske grænser og kvantefænomener i grafen.

I en undersøgelse offentliggjort tidligere på året i Fysiske anmeldelsesbreve , et andet hold af videnskabsmænd opdagede en form for grafen sammensat af veldefinerede grafenflager i form af plader placeret på - dog afkoblet fra - overfladen af ​​bulkgrafit (Li, et al .). Ikke alene er denne grafen velstruktureret, men den underliggende grafit tjener også som et veltilpasset substrat til at undersøge grafenlaget, hvilket er, hvad Grenoble-forskerne gør i den aktuelle undersøgelse.

Som forskerne forklarer, den fysiske mekanisme bag den rene grafens gode elektroniske egenskaber skyldes dets kvantekarakteristika - især, dens veldefinerede kvantisering. I eksperimenter, forskerne fandt ud af, at grafenens Dirac-lignende elektroniske tilstande er kvantificeret i magnetiske felter ned til 1 milliTesla, og de forventer, at kvantiseringen vil overleve så lavt som 1 mikroTesla.

De nye målinger af grafens ekstremt høje bærermobilitet sætter nye og overraskende høje grænser for grafens potentielle egenskaber. Fysikerne håber, at spørgsmålet om, hvor perfekt grafen kan være, vil have et endeligt svar, der lover godt for den videre udvikling af grafenteknologier, selvom Orlita bemærkede, at ansøgninger muligvis ikke kommer i et stykke tid.

"Efter min mening, vi er stadig relativt langt fra reelle anvendelser af grafen, og det meste af det nuværende arbejde med grafen er drevet af den grundlæggende interesse, " han sagde. "Alligevel, bare den grundlæggende forskning kræver prøver af højere kvalitet, da der er en række fænomener forudsagt teoretisk (f.eks. relateret til kvanteelektrodynamikken på Dirac-fermioner), som stadig mangler at blive eksperimentelt bekræftet."

Mere information: P. Neugebauer, M. Orlita, C. Faugeras, A.-L. Barra, M. Potemski. "Hvor perfekt kan grafen være?" Fysiske anmeldelsesbreve . 103, 136403 (2009). DOI:10.1103/PhysRevLett.103.136403

Copyright 2009 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.