Mod en bedre forståelse af tolagsgrafen

(PhysOrg.com) -- "Graphene er et meget spændende materiale med en række interessante muligheder, inklusive til brug i elektroniske enheder, " fortæller Pablo Jarillo-Herrero PhysOrg.com . "Imidlertid, alle grafensystemer er elektronisk forskellige fra hinanden. Enkeltlagsgrafen har forskellige egenskaber end tolagsgrafen, og disse har andre egenskaber end grafen med flere lag. Det, vi ønsker at gøre, er at forstå de specifikke egenskaber ved tolagsgrafen, så vi kan lære at bruge det til forskellige applikationer."

Jarillo-Herrero er videnskabsmand ved MIT. Han arbejdede med Thiti Taychatanapat, på Harvard, at undersøge nogle af egenskaberne ved tolagsgrafen, og at bestemme, hvordan elektronisk transport fungerer under visse betingelser. Deres resultater er beskrevet i Physical Review Letters:"Electronic Transport in Dual-Gated Bilayer Graphene at Large Displacement Fields."

En af grundene til, at halvledere fungerer så godt i digital elektronik, er, at de har, hvad der er kendt som et båndgab. Dette båndgab gør det muligt at tænde og slukke for halvledere. For at grafen kan fungere som en levedygtig erstatning for disse halvledere, der skulle åbnes en form for hul i den elektroniske struktur.

"Det er allerede blevet vist, at det er muligt at åbne et båndgab i tolagsgrafen, ” siger Jarillo-Herrero. "Men det effektive elektroniske transportgab er omkring 100 gange mindre end det teoretiske båndgab eller det optiske båndgab. Denne forskel giver problemer. Vi ønsker at forstå egenskaberne ved tolagsgrafen, der får dette til at ske, og hvordan det kan ændres.”

Jarillo-Herrero og Taychatanapat tilbyder et systemisk kig på, hvordan båndgabet fungerer i tolagsgrafen. De fandt ud af, at båndgabet er mindre ved at måle ved lave temperaturer på mindre end fire grader Kelvin. "Vores undersøgelser viser, at båndgabet stadig er stort nok til at tænde og slukke for transistorerne, men tænd/sluk-forholdet er kun højt nok – i størrelsesordenen en million – ved lave temperaturer, og vi rapporterer dette for første gang i tolagsgrafen, ” siger Jarillo-Herrero.

Imidlertid, Hovedproblemet er, at for at tolagsgrafen skal fungere som en levedygtig halvledererstatning, den skal kunne betjenes ved stuetemperatur. Jarillo-Herrero er håbefuld, selvom. "Dette er et meget vigtigt første skridt, der hjælper os med videnskabeligt at forstå, hvad der sker ved lave temperaturer, og forstå den mekanisme, der ikke tillader den elektroniske transport at fungere lige så godt ved højere temperaturer."

Et af problemerne, Jarillo-Herrero mener, er, at grafen sædvanligvis er sat på siliciumoxid, som introducerer elektronisk lidelse. "På siliciumoxid, elektronerne ser ikke deres fulde båndgab, ” forklarer Jarillo-Herrero. ”Så vi forsøger at karakterisere lidelsen og slippe af med den. En måde at gøre dette på er at prøve at sætte grafen på forskellige underlag. Når dette er gjort, der sker enorme fremskridt. Bornitrid er særligt lovende, men en række grupper prøver også tolagsgrafen på forskellige substrater."

Til sidst, Jarillo-Herrero håber, at informationen fra denne demonstration vil hjælpe med at føre til brugen af ​​tolagsgrafen i digital elektronik. "Vores arbejde giver en begyndelse for at lære, hvordan tolags grafentransistorer fungerer, og lære om elektronernes mobilitet i grafen. Forhåbentlig, efterhånden som vi forstår egenskaberne af grafen bedre, vi kan arbejde hen imod fremtidig integration med elektronik og andre applikationer, ” siger han.

"Denne form for videnskabelig grundforskning er meget vigtig, ” fortsætter Jarillo-Herrero. "Tingene skal altid starte på det grundlæggende niveau, før vi går videre, og vores arbejde kan føre til brugen af ​​grafen i elektronik."

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.