Den næste grafen? Ingeniører til at studere ny klasse af ultratynde filmmaterialer

Three University of California, Riverside -ingeniører er en del af teamet, der for nylig blev tildelt et tilskud på næsten 1,7 millioner dollar fra National Science Foundation til at karakterisere, analysere og syntetisere en ny klasse af ultratynde filmmaterialer, der kan forbedre ydeevnen for personlig elektronik, optoelektroniske enheder og energiomdannelsessystemer.

Holdet ledes af Alexander Balandin, University of California Presidential Chair in Electrical and Computer Engineering og grundlægger af materialevidenskab og ingeniørprogram ved UC Riverside's Bourns College of Engineering. Andre medlemmer af teamet er Roger Lake, en professor ved UC Riverside, Alexander Khitun, en forskningsprofessor ved UC Riverside, og Tina Salguero, en adjunkt ved University of Georgia.

Projektet er rettet mod en ny klasse materialer, betegnet van der Waals materialer, og heterostrukturer implementeret med sådanne materialer. De ultratynde materialer kan bestå af kun et atomplan, som forklarer udtrykket "todimensionelle" materialer. Projektet vil undersøge nye elektriske, optisk, og termiske fænomener i sådanne materialer og heterostrukturer.

Forskningen forventes at producere nye materialesynteseteknikker og muliggøre praktisk anvendelse af ultratynde filmmaterialer i elektroniske switche, optiske detektorer, informationsbehandling med lav effekt og direkte energikonvertering. De nye enheder implementeret med de ultratynde film af van der Waals-materialer har potentiale for høj hastighed og lav energispredning.

Interessen for todimensionale materialer blev stimuleret af succesen med det ultimative todimensionale materiale kendt som grafen-et enkelt atomplan af carbonatomer. Forskning i grafen resulterede i observation af nye interessante fysiske fænomener og førte til mange forslag til grafens praktiske anvendelser, herunder forbedring af ydeevnen for alt fra smart telefon til batterier til tennisracketere.

Elektrisk og termisk ledning i grafen adskiller sig væsentligt fra den i konventionelle bulk tredimensionelle materialer. Den usædvanligt høje varmeledningsevne af grafen blev opdaget ved UC Riverside af en gruppe ledet af Balandin. Dette todimensionale materiales ekstraordinære varmeledningsevne finder i øjeblikket vej til praktiske anvendelser inden for termisk styring.

Hvert medlem af det NSF-finansierede team vil dække forskellige aspekter af forskning og anvendelse af van der Walls-materialer.

Balandin vil udføre karakterisering af materialer, fremstilling og eksperimentel test af nanodeapparater, Lake vil udføre den første teoretiske analyse og computersimulering af egenskaberne af nye materialer og enheder. Khitun vil designe kredsløb og systemer baseret på todimensionale materialer og atomare heterostrukturer. Salguero vil syntetisere nye materialer ved hjælp af kemiske metoder.