Forskere demonstrerer, hvordan grafen-metal-grænseflader påvirker elektroner

(Phys.org)—Graphene, et atom-tyndt lag af rent kulstof, ser ud til at have mange af de egenskaber, der er nødvendige for at indvarsle den næste generation af elektroniske enheder. Det næste trin i opbygningen af ​​disse enheder, imidlertid, kræver at skabe kryds, der forbinder grafen med den "ydre verden" gennem mindst to metalledninger. En "to-terminal forbindelse" er et grafen "bånd" med to metalkontakter. En forsker fra University of Arkansas og hans kolleger har udviklet en bedre forståelse af, hvordan disse grafen-metal-grænseflader påvirker bevægelsen af ​​elektroner gennem to-terminale kryds.

Salvador Barraza-Lopez, adjunkt i fysik, Markus Kindermann fra Georgia Institute of Technology og M.Y. Chou fra Georgia Tech og Academia Sinica i Taiepi, Taiwan, rapportere deres resultater i journalen Nano bogstaver .

"Hvis du vil bruge grafen til enheder, du vil forstå, hvad der vil ske med metalkontakter, "Sagde Barraza-Lopez.

Nuværende teorier om grafenanordninger antager, at de kontakter, der flytter elektricitet fra et punkt til et andet, også vil være sammensat af "doteret" grafen, hvilket betyder, at kontakterne har en stor mængde elektronisk ladning, som egentlige metaller ville have. Men kontakter i rigtige enheder er lavet af overgangsmetaller, og disse metalkontakter vil danne bindinger med grafen.

"Når du danner kovalente bindinger, du ødelægger grafens unikke elektroniske egenskaber, " sagde Barraza-Lopez. "Så vi troede, det var vigtigt at beregne transporten af ​​elektroner, der går ud over antagelsen om, at selve kontakterne er (dopet) grafen."

Han og hans kolleger satte sig for at se på, hvordan elektroner kan bevæge sig gennem grafenkryds med titanium, som bruges af mange eksperimentelle teams som en kontakt med grafen:de overvejede de materielle egenskaber ved egentlige kryds, og sammenlignede deres resultater med mere grundlæggende modeller, der allerede er tilgængelige. Deres beregninger blev udført ved hjælp af principperne for kvantemekanik og state-of-the-art beregningsfaciliteter.

Inden for kvantemekanik, elektronerne ved disse grafen-metal-forbindelser opfører sig meget som en lysstråle gør, når den skinner på en krystal - noget af lyset spredes, og noget af det går igennem. For grafenforbindelser angiver materialets elektroniske gennemsigtighed, hvor mange af elektronerne på den ene kontakt, der kommer gennem den anden metalkontakt. I dette arbejde, forskerne har leveret de mest nøjagtige beregninger af den elektroniske gennemsigtighed af realistiske grafen-metal-forbindelser til dato.

"Vores resultater kaster lys over den komplekse adfærd af grafenforbindelser ... og baner vejen for realistisk design af potentielle elektroniske enheder, " skrev forskerne.