Grafen:Mindre rotation af hønsetråd har store konsekvenser

Siden opdagelsen af ​​grafen, der er forudsagt en stor fremtid for materialet, som er stærk og meget ledende. Kun et carbonatomlag tykt, grafen kan føre til ny elektronik. Eksempler omfatter printbar og fleksibel elektronik, berøringsskærme og OLED'er. For det, interaktion med andre materialer er nødvendig, imidlertid. Ph.d. -studerende Menno Bokdam fra University of Twente MESA+ Institute for Nanotechnology undersøgte, hvad der sker ved grænsefladen med andre materialer og bringer dermed grafenelektronik et skridt nærmere. Han forsvarer sin ph.d. -afhandling den 15. november.

Graphene blev kaldt et 'mirakelmateriale', da Andre Geim og Konstantin Novoselov modtog Nobelprisen for fysik for det i 2010. Kulstoffet er ekstremt tyndt, har en kyllingetrådstruktur, og kan lede elektroner meget godt. Men hvordan opfører den sig i kontakt med et andet materiale med en lignende struktur, såsom bornitrid? Hvad sker der, hvis bornitridlaget indsættes mellem et lag kobber og et lag grafen? Indsigt i grænsefladerne er afgørende, hvis du vil designe elektronik.

'Gap' eller ej?

Bokdam har udført detaljerede elektronstruktur teori beregninger af grafen på bornitrid. Dette materiale er også meget tyndt og har næsten nøjagtig den samme hønsetrådsstruktur, men adskiller sig fra grafen, fordi det ikke leder elektricitet. Placeret oven på hinanden, en omfordeling af elektroner i grafen kan ses. Dette skaber et mønster af elektroner og 'huller', som et slags moiré -mønster, der også ses, når to søjler glider over hinanden. Hvis vinklen mellem de to maskestrukturer præcist er valgt, et 'hul' afsløres også:en kløft mellem besatte og ubeboede energistater. En elektron skal overvinde denne kløft for at lede elektricitet:en definerende egenskab for en halvleder. Der er en verdensomspændende debat om, hvorvidt 'kløften' eksisterer eller ej:en tidligere MESA+ -publikation om dette emne er et af instituttets mest citerede dokumenter. Bokdam foreslår nu, at hullet ikke opstår, når grafen og bornitrid lægges oven på hinanden i en tilfældig vinkel, men opstår, når de præcist roteres i forhold til hinanden.

Ydre verden

Hvad hvis kombinationen af ​​grafen/bornitrid påføres kobber til kontakt med omverdenen? I det tilfælde, en gebyrfordeling, et såkaldt dipollag, dannes også på grænsefladen mellem kobber og bornitrid. Fordi bornitridlaget er ultratyndt, ladningen er i stand til at 'tunnel' gennem bornitridet, selvom den ikke leder elektricitet. Dipollaget har stor indflydelse på antallet af tunnelelektroner. Ved at vælge et passende metal og anvende et elektrisk felt, koncentrationen af ​​ladningsbærere i grafen og dermed ledningen gennem grafen kan påvirkes.

Han har således udviklet en forståelse af samspillet mellem forskellige todimensionelle materialer og med metaller. Resultaterne er vigtige for at designe elektroniske komponenter baseret på grafen og andre 2D -materialer.