Forskere etablerer teoretiske rammer for grafenfysik

Siden opdagelsen af ​​grafen for omkring et årti siden, forskere har undersøgt måder at konstruere elektroniske båndgab i materialet til at producere halvledere, der kan skabe nye elektroniske enheder. Et team af forskere fra Yale-NUS College, Center for avancerede 2D -materialer og Institut for Fysik ved National University of Singapore (NUS) og University of Texas i Austin (UT Austin) har etableret en teoretisk ramme for at forstå grafens elastiske og elektroniske egenskaber. Resultaterne blev offentliggjort i februar 2015 i Naturkommunikation .

Graphene, et enkelt atom-tykt lag af carbonatomer arrangeret i et bikagelignende gitter, er et af de enkleste materialer med uovertrufne mekaniske og elektroniske egenskaber. Materialet er af forskere blevet hyldet som en ekstremt god leder af elektroner på grund af dets styrke og lette vægt. I 2013, forskere fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) opdagede, at placeringen af ​​grafen oven på sekskantet bornitrid, et andet atom-tykt materiale med lignende egenskaber vil skabe et hybridmateriale, der deler grafens fantastiske evne til at lede elektroner, mens man tilføjer det båndgab, der er nødvendigt for at danne transistorer og andre halvlederindretninger. Halvledere, som kan skifte mellem ledende og isolerende tilstande, er grundlaget for moderne elektronik. Årsagerne til, at hybridmaterialet udførte som sådan, var uforklarligt, indtil denne nye teoretiske ramme blev skabt af forskere fra Yale-NUS, NUS og UT Austin.

For fuldt ud at udnytte hybridmaterialets egenskaber til oprettelse af levedygtige halvledere, et robust båndgab uden nogen forringelse af de elektroniske egenskaber er et nødvendigt krav. Forskerne konkluderede, at det er nødvendigt at bruge en teoretisk ramme, der behandler elektroniske og mekaniske egenskaber lige for at kunne pålidelige forudsigelser for disse nye hybridmaterialer.

Shaffique Adam, Adjunkt ved Yale-NUS College og NUS Department of Physics, sagde, "Denne teoretiske ramme er den første af sin art og kan generelt anvendes på forskellige todimensionelle materialer. Før vores arbejde, det blev almindeligt antaget, at når et 2D -materiale placeres oven på et andet, de forbliver hver især plane og stive. Vores arbejde viste, at deres elektroniske kobling forårsager betydelig mekanisk belastning, strækning og krympning af bindinger i tre dimensioner, og at disse forvrængninger ændrer de elektroniske egenskaber. Vi finder ud af, at båndgabet afhænger af flere faktorer, herunder vinklen mellem de to ark og deres mekaniske stivhed. Fremadrettet, vi vil fortsat teoretisk undersøge de optimale parametre for at skabe større båndgap, der kan bruges til en lang række teknologier. "

Pablo Jarillo-Herrero, Mitsui Career Development lektor i fysik på MIT, hvis forskergruppe først rapporterede båndgab i dette nye grafenhybridmateriale sagde:"Dette teoriarbejde har øget nøjagtigheden og forudsigeligheden ved beregning af det inducerede båndgab i grafen, som muliggør anvendelse af grafen i digital elektronik og optoelektronik. Hvis vi er i stand til at øge omfanget af båndgabet gennem ny forskning, dette kan bane vejen for nye fleksible og bærbare nanoelektroniske og optoelektroniske enheder. "