Lasere kunne producere meget eftertragtede båndhuller i grafen

(PhysOrg.com) -- Et af de oftest nævnte træk ved grafen – det todimensionelle krystalgitter lavet af kulstof – er dets unikke elektroniske egenskaber. Mange af disse elektroniske egenskaber gør grafen attraktivt som materiale til kulstofbaseret elektronik. Men også blandt disse egenskaber er, at grafen er en mellemrumsfri halvleder. Som fysiker Luis Foa Torres forklarer, det faktum, at grafen ikke har et båndgab, er dens akilleshæl, hvilket gør det vanskeligt at blive integreret i elektroniske enheder.

"I halvledere, der er et energiområde kaldet båndgabet, hvor der ikke er nogen elektroniske tilstande tilgængelige, "Foa Torres, ved National University of Córdoba i Córdoba, Argentina, fortalte PhysOrg.com . »Man siger, at bærertætheden der er nul. Hvis du har din enhed forbundet mellem to elektroder, og den ikke har nogen tilgængelige tilstande, så kan den elektriske strøm igennem den gøres meget lille. En nul-gap halvleder, også kaldet en gapless halvleder, er et materiale, hvor tætheden af ​​elektroniske tilstande forsvinder på et enkelt punkt. Dette er tilfældet for grafen, hvor pi- og pi*-båndene rører ved et enkelt punkt, det såkaldte Dirac-punkt. I praksis, de opfører sig som slet ikke at have et hul.

"Manglende et båndgab betyder, at grafen ikke kan 'slukkes, ’” forklarede han. "At have 'tændt' og 'slukket'-strømme kan kode information såsom 1'erne og 0'erne, der er nødvendige for computere, og er afgørende for aktive elektroniske enheder såsom switche og transistorer. Dette er grunden til, at det at have et båndgab er en af ​​de største ulemper, der hindrer mange anvendelser af dette fremragende materiale."

I en ny undersøgelse, Foa Torres og hans medforfattere har behandlet dette problem. Ved at analysere den måde et laserfelt interagerer med elektroner i grafen, forskerne har forudsagt, at lysende en mid-infrarød laser på grafen kan producere båndhuller i dens elektroniske struktur. Yderligere, forskerne forudser, at båndhullerne kunne justeres ved at kontrollere laserpolariseringen. Som Foa Torres forklarede, nøglen til, hvordan polariseret lys "åbner" båndhuller i grafen involverer elektroner, der interagerer med laserfeltet.

"Forestil dig en elektron i bevægelse, sig fra venstre mod højre, ind i et område oplyst af laserfeltet, " sagde han. »Så sker der, at elektronen interagerer med strålingen ved at absorbere eller udsende fotoner. Denne interaktion fører til, at elektronen reflekteres eller tilbagespredtes, som det ville have ramt en mur:båndgabet. I modsætning til sædvanlige båndgab, denne er dynamisk produceret af laseren."

Ved at vise, at et laserfelt kunne bruges til at tune grafens elektroniske struktur, undersøgelsen har både grundlæggende implikationer og teknologiske anvendelser.

"Samspillet mellem den ejendommelige elektroniske struktur af grafen og laseren kan bidrage til at inducere eksotiske tilstande af stof såsom topologiske isolatorer, materialer, der er isolatorer i hovedparten, men som viser robust ledning i overfladen, " sagde Foa Torres. "På den anden side fra et anvendt synspunkt, Jeg mener, at disse laser-inducerede båndgab kunne åbne en vej for en ny race af optoelektroniske enheder, enheder, der omdanner optisk til elektriske signaler."

For Foa Torres og hans medforfattere, det næste afgørende trin er eksperimentel verifikation.

"Eksperimentel verifikation af vores resultater er en af ​​de vigtigste drivkræfter i vores projekt, " sagde han. "Med det formål at bane vejen for, at eksperimentelister kan verificere dem, vi har udført en meget finjustering af parametre såsom laserfrekvens, amplitude, osv. I løbet af de sidste måneder har vi modtaget meget værdifuld feedback fra eksperimentelle grupper på topniveau i USA og Spanien, som er interesserede i vores forslag. Som altid, der er sikkert stadig nogle problemer at løse, før det bliver til virkelighed, men man bør gå trin for trin. Døren er nu åben, vi er lige på vej ind i en lovende terra incognita."

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.