Hvordan grafener elektriske egenskaber kan indstilles

En tilfældig opdagelse i et fysikers laboratorium ved University of California, Riverside giver en unik rute til tuning af grafens elektriske egenskaber, naturens tyndeste elastiske materiale. Denne rute har et stort løfte om at erstatte silicium med grafen i mikrochipindustrien.

Forskerne fandt ud af, at stabling af tre lag grafen, som pandekager, ændrer væsentligt materialets elektriske egenskaber. Da de fremstillede tre -lags grafen i laboratoriet og målte dets konduktans, de fandt, til deres overraskelse, at afhængigt af hvordan lagene blev stablet, ledte nogle af trelags grafenindretningerne, mens andre isolerede.

"Det, vi faldt over, er en enkel og bekvem 'knop' til justering af grafenarkers elektriske egenskaber, "sagde Jeanie Lau, lektor i fysik og astronomi, hvis laboratorium gjorde det serendipitøse fund.

Undersøgelsesresultater blev vist online den 25. september i Naturfysik .

Grafen er et et-atom tykt lag af carbonatomer arrangeret i sekskantede ringe. Med fremragende materialegenskaber, såsom høj strømførende kapacitet og varmeledningsevne, dette "vidundermateriale" er ideelt egnet til at skabe komponenter til halvlederkredsløb og computere.

På grund af den plane og kyllingetrådlignende struktur af grafen, dens ark egner sig godt til at stable i det, der kaldes 'Bernal -stabling, 'stabling af grafenplader.

I et Bernal-stablet dobbeltlag, et hjørne af sekskanterne på det andet ark er placeret over midten af ​​sekskanterne på det nederste ark. I Bernal-stablet trilayer (ABA), det øverste (tredje) ark ligger præcist oven på det laveste ark. I rhombohedral-stablet (ABC) trilag, det øverste ark forskydes med atomets afstand, så det øverste (tredje) ark og det laveste ark også danner en Bernal -stabling.

"Den mest stabile form for trelags grafen er ABA, der opfører sig som et metal, "Forklarede Lau." Overraskende, hvis vi simpelthen flytter hele det øverste lag i afstanden til et enkelt atom, trilaget - nu med ABC eller rhombohedral stabling - bliver isolerende. Hvorfor det sker er endnu ikke klart. Det kan fremkaldes af elektroniske interaktioner. Vi venter spændt på en forklaring fra teoretikere! "

Hendes laboratorium brugte Raman -spektroskopi til at undersøge grafeneenhedernes stablingsordrer. Derefter planlægger laboratoriet at undersøge arten af ​​den isolerende tilstand i ABC-stablet grafen. I denne form for stablet grafen, de planlægger også at studere båndgabet - et område inden for energi, kritisk for digitale applikationer, hvor ingen elektroner kan eksistere.

"Tilstedeværelsen af ​​hullet i ABC-stablet grafen, der opstår, vi tror, fra forbedrede elektroniske interaktioner er interessant, da det ikke forventes fra teoretiske beregninger, "Lau sagde." At forstå dette hul er især vigtigt for den store udfordring ved båndgabsteknik inden for grafenelektronik. "

Udover grafen, Lau studerer nanotråde og carbon nanorør. Hendes forskning har hjulpet fysikere med at få en grundlæggende forståelse af, hvordan atomer og elektroner opfører sig, når de styres af kvantemekanik. Hendes laboratorium undersøger nye elektriske egenskaber, der stammer fra kvantebegrænsning af atomer og ladninger til nanoskala -systemer. Hendes forskerhold har vist, at grafen kan fungere som et billardbord i atomskala, med elektriske ladninger, der fungerer som billardkugler.

Hendes andre forskningsinteresser omfatter superledelse, termisk styring og elektronisk transport i nanostrukturer, og konstruere nye klasser af nanoskalaenheder.

En uddannelsesmæssig komponent i Lau's forskningsindsats er aktiv involvering af gymnasiet, bachelor, og kandidatstuderende, især minoritet og kvinder, i sin banebrydende forskning, drage fordel af den etniske mangfoldighed i UCRs studenterpopulation og lokalsamfund. Hun er et stiftende fakultetsmedlem i UCR Undergraduate Research Journal. Hun organiserede også en frokostgruppe "Kvinder i fysik", der giver en venlig platform for kvindelige studerende, postdocs og fakultetsmedlemmer til at interagere.

Efter at have modtaget sin bachelorgrad i fysik fra University of Chicago i 1994, Lau fortsatte til Harvard University, hvorfra hun modtog sin kandidat- og doktorgrad i fysik i 1997 og 2001, henholdsvis. Hun sluttede sig til UCR i 2004, efter en ansættelse som forskningsassistent i Hewlett-Packard Laboratory.