Manipulering af rynker kan føre til grafenhalvledere

Grafen er generelt blevet beskrevet som en todimensionel struktur-et enkelt ark carbonatomer arrangeret i en regulær struktur-men virkeligheden er ikke så enkel. I virkeligheden, grafen kan danne rynker, som gør strukturen mere kompliceret, muligvis anvendes på enhedssystemer. Grafen kan også interagere med det substrat, hvorpå det lægges, tilføjer yderligere kompleksitet.

I forskning offentliggjort i Naturkommunikation , RIKEN -forskere har nu opdaget, at rynker i grafen kan begrænse elektroners bevægelse til en dimension, danner en forbindelseslignende struktur, der skifter fra nul-gap-leder til halvleder tilbage til zero-gap-leder. I øvrigt, de har brugt spidsen af ​​et scannende tunnelmikroskop til at manipulere dannelsen af ​​rynker, åbner vejen til konstruktion af grafenhalvledere ikke ved kemiske midler - ved at tilføje andre elementer - men ved at manipulere selve kulstofstrukturen i en form for "grafenteknik".

Opdagelsen begyndte, da gruppen eksperimenterede med at lave grafenfilm ved hjælp af kemisk dampaflejring, som betragtes som den mest pålidelige metode. De arbejdede på at danne grafen på et nikkelsubstrat, men succesen med denne metode afhænger meget af temperaturen og kølehastigheden.

Ifølge Hyunseob Lim, den første forfatter til papiret, "Vi forsøgte at dyrke grafen på et enkelt krystallinsk nikkelsubstrat, men i mange tilfælde endte vi med at skabe en forbindelse af nikkel og kulstof, Ni2C, frem for grafen. For at løse problemet, vi forsøgte hurtigt at afkøle prøven efter dosering med acetylen, og under den proces fandt vi ved et uheld små nanorynker, kun fem nanometer bred, i prøven. "

De var i stand til at forestille sig disse små rynker ved hjælp af scanningstunnelmikroskopi, og opdagede, at der var båndgabsåbninger i dem, hvilket indikerer, at rynkerne kan fungere som halvledere. Normalt flyder elektroner og elektronhuller frit gennem en leder uden et båndgab, men når det er en halvleder, er der båndgab mellem de tilladte elektrontilstande, og elektronerne kan kun passere gennem disse huller under visse betingelser. Dette indikerer, at grafen kunne, afhængigt af rynker, blive en halvleder.

Oprindeligt overvejede de to muligheder for fremkomsten af ​​dette bandgab. Den ene er, at den mekaniske belastning kan forårsage et magnetisk fænomen, men de udelukkede dette, og konkluderede, at fænomenet var forårsaget af indeslutning af elektroner i en enkelt dimension på grund af "kvanteindeslutning".

Ifølge Yousoo Kim, leder af Surface and Interface Science Laboratory, der ledede holdet, "Indtil nu, bestræbelser på at manipulere grafens elektroniske egenskaber er hovedsageligt blevet udført på kemiske måder, men ulempen ved dette er, at det kan føre til forringede elektroniske egenskaber på grund af kemiske defekter. Her har vi vist, at de elektroniske egenskaber kun kan manipuleres ved at ændre formen på kulstofstrukturen. Det bliver spændende at se, om dette kan føre til måder at finde nye anvendelser til grafen på. "