Grafenapplikationer i elektronik og fotonik

grafen, som er sammensat af et et-atom-tykt lag af kulstofatomer i et honeycomb-lignende gitter (som atomær-skala hønsenet), er verdens tyndeste materiale – og et af de hårdeste og stærkeste. Ja, I de sidste par år har der været en eksplosion af forskning i grafens egenskaber og potentielle anvendelser, som er blevet udråbt som et overlegent alternativ til silicium.

Fordi grafen er et todimensionelt materiale, "det hele er en blotlagt overflade, " siger fysisk kemiker Phaedon Avouris, leder af Nanometer Scale Science and Technology-divisionen hos IBM's T.J. Watson Research Center i Yorktown Heights, N.Y. "Mens grafen har en række ekstremt nyttige egenskaber, inklusive meget hurtig elektronmobilitet, høj mekanisk styrke, og fremragende varmeledningsevne, interaktionerne mellem grafen og dets omgivelser – f.eks. med underlaget det er placeret på, det omgivende miljø, eller andre materialer i en enhedsstruktur – kan drastisk påvirke og ændre dens iboende egenskaber."

"Vores interesse er at forstå egenskaberne af dette nye materiale under forhold, der er til stede i faktisk teknologi og anvende denne viden til design, fremstille, og teste grafenbaserede elektroniske og optoelektroniske enheder og kredsløb, " siger Avouris, som vil præsentere nye eksperimentelle resultater om brugen af ​​grafen i hurtig elektronik og fotonik på AVS-mødet i Nashville, Tenn., afholdt 30. oktober – 4. november. Han vil også diskutere, hvad der stadig skal gøres for at omsætte disse applikationer til kommercielle produkter.

Avouris, en IBM Fellow, har været involveret i nanoteknologisk forskning i 25 år, og har brugt de sidste 15 år på at studere egenskaber og anvendelser af kulstofnanorør, en nær slægtning til grafen. "Så det var naturligt, at da grafen blev isoleret i 2004, Jeg rettede min opmærksomhed mod det. Ved hjælp af finansiering fra DARPA, vi startede en fokuseret indsats på grafenelektronik, " han siger.

I modsætning til konventionelle halvledere som silicium og galliumarsenid, som i dag bruges i elektronik, grafen har ikke et båndgab – energiforskellen mellem et materiales ikke-ledende og ledende tilstand. "Dette gør den uegnet til at bygge digitale switche, som kræver evnen til at slukke for strømmen helt, " siger Avouris. "Men, " tilføjer han, "grafens fremragende elektriske egenskaber, såsom dens høje elektronmobilitet kombineret med beskeden strømmodulation, gør det meget velegnet til meget hurtig (højfrekvent) analog elektronik, " som bruges i trådløs kommunikation, radar, sikkerhedssystemer, billeddannelse, og andre applikationer.

"Vi har allerede demonstreret højfrekvente grafentransistorer - større end 200 gigahertz - og simple elektroniske kredsløb såsom frekvensmixere, " siger Avouris, "og vi har også demonstreret meget hurtige fotodetektorer og har brugt dem til at detektere optiske datastrømme."

I fremtiden, grafenforskere skal forbedre kvaliteten af ​​syntetisk grafen og studere dets egenskaber under forhold, der er relevante for teknologi, siger Avouris, som er "meget optimistisk" med hensyn til fremtiden for grafen inden for både elektronik og fotonik og forventer udviklingen af ​​yderligere nye applikationer.