Barriere for hurtigere grafen -enheder identificeret og undertrykt

I disse dage er grafen materialestudiens rockstjerne, men den har en akilleshæl:Den er usædvanlig følsom over for sit elektriske miljø.

Denne enkeltatomtykke bikage af carbonatomer er lettere end aluminium, stærkere end stål og leder varme og elektricitet bedre end kobber. Som resultat, forskere rundt om i verden forsøger at gøre det til bedre computerskærme, solpaneler, berøringsskærme, integrerede kredsløb og biomedicinske sensorer, blandt andre mulige applikationer. Imidlertid, det har vist sig ekstremt svært at pålideligt oprette grafenbaserede enheder, der lever op til dets elektriske potentiale, når de arbejder ved stuetemperatur og tryk.

Nu, skriver i tidsskriftet 13. mar Naturkommunikation , et team af Vanderbilt-fysikere rapporterer, at de har sømmet kilden til interferensen, der hæmmer den hurtige strøm af elektroner gennem grafenbaserede enheder og fundet en måde at undertrykke det. Dette gjorde det muligt for dem at opnå rekordniveauer for elektronisk mobilitet ved stuetemperatur-målingen af ​​den hastighed, elektroner bevæger sig gennem et materiale-tre gange større end dem, der blev rapporteret i tidligere grafenbaserede enheder.

Ifølge eksperterne, grafen kan have den højeste elektronmobilitet af ethvert kendt materiale. I praksis, imidlertid, de målte mobilitetsniveauer, mens betydeligt højere end i andre materialer som silicium, har været betydeligt under dets potentiale.

"Problemet er, at når du laver grafen, du får ikke bare grafen. Du får også mange andre ting, "sagde Kirill Bolotin, adjunkt i fysik, der gennemførte undersøgelsen med Research Associate A.K.M. Newaz. "Graphen er ekstraordinært modtagelig for ydre påvirkninger, så de elektriske felter, der dannes af ladede urenheder på overfladen, spreder elektronerne, der bevæger sig gennem grafenarkene, at få grafenbaserede transistorer til at fungere langsommere og varme mere op. "

En række forskere havde foreslået, at de ladede urenheder, der er allestedsnærværende på overfladen af ​​grafen, var de vigtigste syndere, men det var ikke helt sikkert. Også, flere andre teorier var blevet fremført for at forklare fænomenet.

"Vores undersøgelse viser uden tvivl, at den ladede lort er problemet, og hvis du vil lave bedre grafen -enheder, det er fjenden, du har brug for at bekæmpe, "Sagde Bolotin.

På samme tid, eksperimentet fandt ikke beviser for en af ​​de alternative teorier, at krusninger i grafenarkene var en signifikant kilde til elektronspredning

For at få styr på mobilitetsproblemet, Bolotins team suspenderede plader af grafen i en række forskellige væsker og målte materialets elektriske transportegenskaber. De fandt ud af, at grafens elektronmobilitet øges dramatisk, når grafen nedsænkes i elektrisk neutrale væsker, der kan absorbere store mængder elektrisk energi (har store dielektriske konstanter). De opnåede rekordmobiliteten på 60, 000 ved hjælp af anisol, en farveløs væske med en behagelig, aromatisk lugt, der hovedsageligt bruges i parfume.

"Disse væsker undertrykker de elektriske felter fra urenhederne, tillader elektronerne at flyde med færre forhindringer, "Sagde Bolotin.

Nu hvor kilden til forringelsen af ​​grafens elektriske ydeevne er klart identificeret, det burde være muligt at komme med pålidelige enhedsdesign, Sagde Bolotin.

Ifølge fysikeren, der er også en potentiel fordel ved grafens ekstraordinære følsomhed over for sit miljø, der kan udnyttes. Det skal lave ekstremt følsomme sensorer af forskellige typer og, fordi den udelukkende er lavet af kulstof, det er biokompatibelt og bør derfor være ideelt til biologiske sensorer.