Monatomisk øjeblik:Forskere hjælper med at åbne døren for teknologiske fremskridt ved hjælp af grafen

Forskere ved Wright State University har hjulpet med at bane vejen for udvidede anvendelser af grafen i alt fra rumudforskning til al slags vejrsensorer.

Forskningen blev udført af Elliott Brown, Ohio Research Scholars endowed Chair i sensorfysik, og Weidong Zhang, forskningsfysiker i Fysisk Institut. Deres arbejde blev for nylig udgivet i Naturkommunikation , et videnskabeligt tidsskrift, der dækker naturvidenskaben, herunder fysik, kemi og biologi.

Grafen er verdens første todimensionelle materiale med monoatomisk tykkelse - et enkelt lag af kulstofatomer arrangeret i et sekskantet (bikage) gitter. Dens mekaniske egenskaber i planet gør det til det stærkeste materiale, der nogensinde er testet, men det er meget fleksibelt ud af flyet. Den leder effektivt varme og elektrisk strøm og er næsten gennemsigtig for synligt lys.

Forskere har teoretiseret om grafen i årevis, men det var først i 2004, at materialet med succes blev isoleret, ved eksfoliering fra grafitkrystaller - ved hjælp af scotch tape. Det arbejde af Andre Geim og Konstantin Novoselov ved University of Manchester resulterede i, at de vandt Nobelprisen i fysik i 2010.

"Det, der fik folk begejstret for grafen, var det faktum, at det tilbød potentialet for højere stuetemperatur-elektron- og hulmobiliteter end nogen kendt halvleder, " sagde Brown. Mobilitet er en måde at karakterisere accelerationen af ​​gratis-ladningsbærere og er en vigtig målestok for materialer, der bruges i solid-state elektronik af alle slags.

Monatomiske grafenfilm på siliciumsubstrater blev leveret til Wright State af samarbejdspartnere ved University of California-Irvine. Brown og Zhang lavede derefter præcise elektromagnetiske målinger ved THz-frekvenser ved hjælp af deres unikke instrumentering. De indså derefter, at dataene godt kunne forklares ved hjælp af en almindelig metode inden for elektroteknik kaldet mikrobølgetransmissionslinjemodellering.

"Vi fandt ud af, hvordan man tilpassede transmissionslinjemodellen - for at beskrive interaktionen mellem elektromagnetisk stråling og grafen som et todimensionelt materiale, " sagde Brown. "Denne forskning vil hjælpe med at flytte grafen fra den fysiske arena til et ingeniør-applikationsregime. Det betyder, at elektriske ingeniører, der arbejder i industrien eller i forskningslaboratorier, vil vide bedre, hvordan man analyserer grafen i højfrekvente kredsløb, og hvordan det interagerer med stråling."

Brown siger, at dette kan lede vejen til teknologiske fremskridt i sådanne applikationer som strålestyring i højopløselige navigationsradarsystemer gennem røg og tåge samt millimeterbølge- og THz-billeddannelsessystemer af skjulte objekter gennem tøj og plastikbeholdere.

"Der er brugt meget arbejde på at studere disse anvendelser af grafen, men bedre teknik er påkrævet for deres succes, " han sagde.