Poszukiwania krytycznych zachowań grafenu

źródło: warstwa grafenu,credit: Lawrence Berkeley National Laboratory

Naukowcy upatrują zastosowań grafenu w urządzeniach elektronicznych. Dzięki swoim unikalnym właściwościom grafen ma szansę wyprzeć krzem w wielu układach elektronicznych. Jest dobrym przewodnikiem, a także w prosty sposób pozwala na szybkie chłodzenie swoich struktur co umożliwia zastosowanie tego materiału do produkcji układów o wydajności przewyższającej struktury krzemowe, a ponadto umożliwi ich dalszą miniaturyzację.

Jednak dopóki będzie to możliwe, naukowcy muszą dokładnie poznać wszystkie właściwości grafenu, choćby to, w jaki sposób kontrolować przepływ elektronów. W krzemie istnieje luka energii, za pomocą której można sterować przepływem elektronów. Grafen jest bardzo dobrym przewodnikiem jednak zasady kontroli prądu przez niego przepływającego nie zostały jeszcze dobrze poznane.

W celu lepszego zrozumienia niektórych właściwości grafenu, profesor Fertig z Indiana University razem ze swoim studentem Jianhui Wangiem oraz profesorem Ganpathy'm Murthy'm z University of Kentucky pracowali nad analitycznymi obliczeniami, które mogłyby rzucić trochę światła na sposób zachowywania się grafenu. Wyniki ich pracy pojawiły się w Physical Review Letters pod tytułem “Critical Behavior in Graphene with Coulomb Interactions.”

Podczas zmian fazy w większości systemów następuje punkt określany krytycznym. W grafenie, obliczenia pokazują, że ten stan powinien następować bez konieczności dopasowywania parametrów do specjalnych wartości w tym punkcie. Jednak ten punkt jest ciężkim do zbadania. Większość modeli grafenu pomija interakcje pomiędzy elektronami. "To jest wielka tajemnica ponieważ obliczenia pokazują, że interakcje między elektronami mogą być istotne, a potencjalna energia powinna być duża" mówi Fertig.

Badacze mają nadzieję, że możliwość zbadania zachowania krytycznego grafenu, może pomóc naukowcom w rozwiązaniu kilku zagadek tego materiału. " Nasze kalkulacje pokazują, że jeśli określisz i odnajdziesz właściwy kąt widzenia, będziesz w stanie obserwować specjalne krytyczne stany, gdzie grafen będzie pracował jako przełącznik fazy" wyjaśnia Fertig. Dokładne pomiary gęstości elektronów wokoło nieczystości grafenu mogą być kluczem do obserwacji zachowań krytycznych.

"Nie uda Ci się uniknąć zanieczyszczeń grafenu - wyjaśnia Fertig - są one w każdym materiale. Elektrony reagują na "zanieczyszczenia". Jeśli będziesz obserwował zachowanie elektronów, powinieneś zauważyć wokół nich punkty krytyczne. Powinno to być możliwe za pomocą mikroskopów skanujących."

Skanująca mikroskopia jest używana do obserwowania nanostruktur oraz nieczystości materiałów. Fertig zaznacza, że rozdzielczość tego typu badań nie jest jednak zbyt wysoka, a mikroskopy o parametrach wystarczających do tego typu badań nie były jeszcze wykorzystywane do pracy nad badaniami zanieczyszczeń grafenu. Nie ma podstaw, aby tego nie zrobić, a następnie z otrzymanych z różnych badań wyników zbudować jedną całość dobrze opisującą właściwości grafenu.

Więcej informacji : http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.104.186401

physorg.com