Laserteknik kunne låse op for brug af hårdt materiale til næste generations elektronik

I 2004, forskere opdagede et supertyndt materiale, der er mindst 100 gange stærkere end stål og den bedst kendte leder af varme og elektricitet.

Det betyder, at materialet, grafen, kunne bringe hurtigere elektronik, end det er muligt i dag med silicium.

Men for virkelig at være nyttig, grafen skal transportere en elektrisk strøm, der tænder og slukker, ligesom hvad silicium gør i form af milliarder af transistorer på en computerchip. Denne omstilling skaber strenge på 0'er og 1'er, som en computer bruger til behandling af oplysninger.

Forskere fra Purdue University, i samarbejde med University of Michigan og Huazhong University of Science and Technology, vise, hvordan en laserteknik permanent kan stresse grafen til at have en struktur, der tillader strøm af elektrisk strøm.

Denne struktur er et såkaldt "båndgab". Elektroner skal springe over dette hul for at blive ledningselektroner, hvilket gør dem i stand til at bære elektrisk strøm. Men grafen har ikke naturligt et båndgab.

Purdue -forskere skabte og udvidede båndgabet i grafen til rekord 2,1 elektronvolt. For at fungere som en halvleder, såsom silicium, båndgabet skulle mindst være den tidligere rekord på 0,5 elektronvolt.

"Dette er første gang, at en indsats har opnået så store båndgab uden at påvirke selve grafen, såsom gennem kemisk doping. Vi har rent anstrengt materialet, "sagde Gary Cheng, professor i industriteknik på Purdue, hvis laboratorium har undersøgt forskellige måder at gøre grafen mere nyttig til kommercielle applikationer.

Tilstedeværelsen af ​​et båndgab gør det muligt for halvledermaterialer at skifte mellem isolering eller ledning af en elektrisk strøm, afhængigt af om deres elektroner skubbes hen over båndgabet eller ej.

Overstiger 0,5 elektronvolt låser op for endnu mere potentiale for grafen i næste generations elektroniske enheder, siger forskerne. Deres arbejde optræder i et nummer af Avancerede materialer .

"Forskere åbnede tidligere båndgabet ved blot at strække grafen, men strækning alene udvider ikke båndgabet særlig meget. Du skal permanent ændre grafens form for at holde båndgabet åbent, "Sagde Cheng.

Cheng og hans samarbejdspartnere holdt ikke kun båndgabet åbent i grafen, men også gjort det, hvor spaltebredden kunne indstilles fra nul til 2,1 elektronvolt, give forskere og producenter mulighed for bare at bruge visse egenskaber ved grafen afhængigt af, hvad de vil have materialet til at gøre.

Forskerne gjorde båndgapstrukturen permanent i grafen ved hjælp af en teknik kaldet laserchok -prægning, som Cheng udviklede i 2014 sammen med forskere ved Harvard University, Madrid Institute for Advanced Studies og University of California, San Diego.

Til denne undersøgelse, forskerne brugte en laser til at skabe shockwave -impulser, der trængte ind i et underliggende ark grafen. Laserstødet stammer grafen på en skyttegravslignende form-der former den permanent. Justering af lasereffekten justerer båndgabet.

Selvom det stadig er langt fra at sætte grafen i halvledende enheder, teknikken giver mere fleksibilitet i at drage fordel af materialets optiske, magnetiske og termiske egenskaber, Sagde Cheng.