Forskere laver grafenhybrid

Rice University-forskere har fundet en måde at sy grafen og sekskantet bornitrid (h-BN) til en todimensionel dyne, der giver nye forskningsveje til materialeforskere.

Teknikken har konsekvenser for anvendelse af grafenmaterialer i mikroelektronik, der skaler langt under begrænsningerne af silicium bestemt af Moores lov.

Ny forskning fra laboratoriet i Pulickel Ajayan, Rices Benjamin M. og Mary Greenwood Anderson professor i maskinteknik og materialevidenskab og kemi, demonstrerer en måde at opnå fin kontrol ved oprettelsen af ​​en sådan hybrid, 2-D strukturer.

Lag af h-BN et enkelt atom tykt har den samme gitterstruktur som grafen, men elektrisk er materialerne i modsatte ender af spektret:h-BN er en isolator, der henviser til, at grafen, enkeltatomlagsformen af ​​kulstof, er meget ledende. Evnen til at samle dem til et enkelt gitter kan føre til et stort udvalg af 2-D strukturer med elektriske egenskaber lige fra metallisk leder til halvleder til isolator.

Fordi grafen er en leder og h-BN er en isolator, andelen af ​​den ene til den anden bestemmer, hvor godt dette nye materiale leder elektroner. Lijie Ci og Li Song, begge postdoktorale forskere i Ajayans laboratorium, fandt ud af, at ved at nedlægge domæner for h-BN og kulstof via kemisk dampaflejring (CVD), de var i stand til at kontrollere forholdet mellem materialer i filmen, der resulterede.

Ci og Song er primære forfattere til et papir om det arbejde, der dukkede op i online -udgaven af Naturmaterialer denne uge.

Ajayan sagde, at opdagelsen er spændende for en materialeforsker.

"Fra et grafenperspektiv, det giver os nu en mulighed for at udforske båndgabsteknik i todimensionale lagdelte systemer, "sagde han." Hele fasediagrammet over bor, kulstof og nitrogen er fascinerende, uudforsket og tilbyder en fantastisk legeplads for materialeforskere.

"Dette er kun den første instans, der viser, at disse strukturer faktisk kan dyrkes i 2-D-lignende grafen, "Ajayan sagde." Jeg tror, ​​at det nye felt vil være spændende for grundlæggende fysik og elektro-optiske applikationer. "

Graphene har været genstand for intens undersøgelse i de seneste år for dets høje ledningsevne og muligheden for at manipulere det på skalaer, der ligger langt under de teoretiske grænser for siliciumkredsløb. Et lag grafen er et sekskantet gitter af kulstofatomer. I bulk, det hedder grafit, tingene med blyant. Graphene blev først isoleret i 2004 af britiske forskere, der brugte Scotch tape til at trække enkeltatomlag fra grafit.

"Graphene er et meget varmt materiale lige nu, sagde sang, som havde gået sammen med Ci for at undersøge dopinggrafen med forskellige materialer for at bestemme dets halvledende egenskaber. Vel vidende at både bor og nitrogen allerede var blevet brugt til doping af bulkgrafit, de besluttede at prøve at tilberede det via CVD på en kobberbund.

Strukturelt, h-BN er det samme som grafen, et sekskantformet gitter af kulstofatomer, der ligner hønsetråd. Ci og Song fandt ud af, at gennem CVD, grafen og h-BN fusioneret til et enkelt atomark, med puljer af h-BN, der bryder kulstofmatricen op.

Den kritiske faktor for elektroniske materialer er båndgabet, som skal indstilles kontrolleret til applikationer. Graphene er et nul-gap-materiale, men der er blevet foreslået måder at skræddersy dette hul ved at mønstre det i nanoskalaer og doping det med andre elementer.

Ci og Song tog en anden tilgang gennem CVD, kontrollere forholdet mellem kulstof og h-BN over en stor, brugbart område.

Det er fortsat udfordrende at producere enkeltlag af hybridmaterialet, da de fleste lab-dyrkede film indeholder to eller tre lag. Forskerne kan heller ikke endnu kontrollere placeringen af ​​h -BN -puljer i et enkelt ark eller rotationsvinklerne mellem lagene - men de arbejder på det.

Faktisk, at have flere lag af hybrid i forskellige vinkler skaber endnu flere muligheder, de sagde. "For ren grafen, denne rotation vil påvirke de elektroniske egenskaber, "sagde Ci, der flyttede med Ajayans laboratorium fra Rensselaer Polytechnic Institute til Houston i 2007.

Forskerne overvejer at producere disse materialer på industrielle skiver. Grafenark, der er flere centimeter brede, er allerede blevet syntetiseret i andre laboratorier, Sagde Ci. Og fordi grafen kan være litografisk mønstret og skåret i former, det nye materiale har stort potentiale til at blive fremstillet til nyttige enheder med kontrollerbare elektriske egenskaber.