Ufuldkommen grafen gør elektriske motorveje

(Phys.org) - Bare et atom tykt, 200 gange stærkere end stål og en næsten perfekt leder, grafens fremtid inden for elektronik er alt andet end sikker. Men for at gøre dette kulstofsupermateriale nyttigt, det skal være en halvleder - et materiale, der kan skifte mellem isolerende og ledende tilstande, som danner grundlaget for al elektronik i dag.

Kombination af eksperiment og teori, Cornell -forskere er gået et skridt tættere på at gøre grafen til et nyttigt, kontrollerbart materiale. De viste, at når de voksede i stablede lag, grafen producerer nogle specifikke defekter, der påvirker dets ledningsevne.

På forsøgssiden, en forskergruppe har afbildet og analyseret strukturen og adfærden for grafenark, der er stablet oven på hinanden, kaldes to -lags grafen. Gruppen, udgivelse online 24. juni i Procedurer fra National Academy of Sciences , omfatter Paul McEuen, Goldwin Smith -professoren i fysik og direktør for Kavli Institute ved Cornell for Nanoscale Science; David Muller, professor i anvendt og teknisk fysik og Kavli meddirektør; og Jiwoong Park, lektor i kemi og kemisk biologi og Kavli -medlem.

De viste, at i stedet for flade plader med gentagne kulstofatomer arrangeret som kyllingetråd, når grafen vokser lag, det krusninger, som gulvtæppe, der overstiger rumdimensioner. Disse krusninger, kaldet solitons, er som elektriske motorveje, der tillader elektroner at skyde fra den ene ende af arket til den anden. Resten af ​​det ikke-krusede grafen, når stablet, er halvledende.

Tidligere har teoretikere havde forudsagt, at to-lags grafen ville være ensartet halvledende, når det stakkes og forskudtes-den måde et ark billardkugler ville stakke på, hvis kuglerne (atomer) lå i mellemrummet. Men teorien gik ikke i stå, og Cornell -forskerne hævder nu, at det er på grund af solitons.

"Folk troede, at grafen var perfekt stablet overalt, men i sandhed har den disse sjove strukturelle solitons, der giver anledning til elektronisk, endimensionale kanaler, "Sagde McEuen." Alle disse kompleksiteter gemte sig. "

En separat forskningsgruppe ledet af Eun-Ah Kim, adjunkt i fysik, udgav et papir samme uge i Fysisk gennemgang X der beskriver matematikken og teorien bag solitonernes elektriske egenskaber, og hvordan de passer ind i det to -lags grafenbillede, McEuens samarbejde studerede.

"Ideelt set vi vil gerne kontrollere grafen, "Sagde Kim." Vi vil gerne af med solitons, eller måske vil vi gerne lave en velkontrolleret, endimensionel elektrisk motorvej, men har ikke så mange af dem. Hvis vi finder ud af, hvordan man styrer grafen, kontrollere, hvor solitons er, vi kan åbne op for nye måder at kontrollere dobbeltlags -grafen på. "

Avisen ledet af McEuen, "Stamme -solitoner og topologiske defekter i bilags grafen, "omfattede arbejde af kandidatstuderende Jonathan Alden, Wei Tsen og Pinshane Huang. Det blev støttet af Air Force Office of Scientific Research og National Science Foundation.

Papiret ledet af Kim, "Topologiske kantstater ved en skrå grænse i lukket flerlags grafen, "inkluderet arbejde af postdoktor Abolhassan Vaezi, kandidatstuderende Darryl Ngai, og Yufeng Liang og Li Yang fra Washington University. Deres arbejde blev også støttet af National Science Foundation, inklusive et NSF CAREER -tilskud.