fbpx

Výskum grafénu odhaľuje nové možnosti pre elektronické technológie

Tím výskumníkov odhalil, že v grafénovom tranzistore možno vytvoriť sonický tresk a Dopplerové posunuté zvukové vlny, čo dáva nový pohľad na tento svetoznámy materiál a jeho potenciál na použitie elektronických technológií v nanometroch.

Keď sa policajné auto rúti smerom k vám a prechádza okolo s húkajúcou sirénou, môžete počuť výraznú zmenu vo frekvencii hluku sirény. To je Dopplerov efekt. Keď rýchlosť prúdového lietadla prekročí rýchlosť zvuku (asi 760 m/h), tlak, ktorý vyvíja na vzduch, vytvorí rázovú vlnu, ktorú možno počuť ako hlasný nadzvukový bum alebo hrom; toto je Machov efekt.

Vedci z univerzít Loughborough, Nottingham, Manchester, Lancaster a Kansas zistili, že kvantovo-mechanická verzia týchto javov sa vyskytuje v elektronickom tranzistore vyrobenom z vysoko čistého grafénu. Ich nová publikácia, ktorá odhaľuje Dopplerovo posunuté magnetofonónové rezonancie sprevádzané Machovým nadzvukovým a Landauovým rýchlostným efektom, bola publikovaná v Nature Communications.

Grafén je viac ako 100-krát pevnejší ako oceľ, pričom je extrémne ľahký, viac ako 100-krát vodivý ako kremík a má najnižší elektrický odpor pri izbovej teplote zo všetkých známych materiálov. Vďaka týmto vlastnostiam je grafén vhodný pre celý rad aplikácií, vrátane náterov na zlepšenie dotykových obrazoviek v telefónoch a tabletoch a na zvýšenie rýchlosti elektronických obvodov.

Výskumný tím použil silné elektrické a magnetické polia na urýchlenie prúdu elektrónov v atómovo tenkej grafénovej monovrstve zloženej z hexagonálnej mriežky atómov uhlíka.

Pri dostatočne vysokej prúdovej hustote, ekvivalentnej približne 100 miliardám ampérov na meter štvorcový prechádzajúcej cez jednu atómovú vrstvu uhlíka, prúd elektrónov dosiahne rýchlosť 14 kilometrov za sekundu (približne 30 000 mph) a začne otriasať atómami uhlíka, emitujúce kvantované zväzky zvukovej energie nazývané akustické fonóny. Táto fonónová emisia sa deteguje ako rezonančné zvýšenie elektrického odporu tranzistora; v graféne je pozorovaný nadzvukový tresk.
Výskumníci tiež pozorovali kvantovo mechanický analóg Dopplerovho javu pri nižších prúdoch, keď energetické elektróny preskakujú medzi kvantovými cyklotrónovými dráhami a emitujú akustické fonóny s dopplerovským posunom nahor alebo nadol svojich frekvencií v závislosti od smeru zvuku vlny.
Ochladením svojho grafénového tranzistora na teplotu tekutého hélia tím zistil tretí jav, pri ktorom elektróny navzájom interagujú prostredníctvom svojho elektrického náboja a robia „bezfonónové“ skoky medzi kvantovými energetickými hladinami pri kritickej rýchlosti, takzvanej Landauovej rýchlosti.
Dr. Mark Greenway z Loughborough, jeden z autorov článku, povedal: „Je fantastické pozorovať všetky tieto efekty súčasne v grafénovej monovrstve. Je to vďaka vynikajúcim elektronickým vlastnostiam grafénu, ktoré nám umožňujú skúmať tieto nedokonalosti. rovnovážne kvantové procesy podrobne a pochopte, ako sa elektróny v graféne, urýchlené silným elektrickým poľom, rozptyľujú a strácajú svoju energiu. Landauova rýchlosť je kvantovou vlastnosťou supravodičov a supratekutého hélia. Bolo teda obzvlášť vzrušujúce zistiť podobný efekt v disipatívnej rezonančnej magnetorezistencie grafénu.“
Zariadenia boli vyrobené v National Graphene Institute, University of Manchester.
Dr. Piranavan Kumaravadivel, ktorý viedol dizajn a vývoj zariadení, poznamenáva: „Veľká veľkosť a vysoká kvalita našich zariadení sú kľúčové pre pozorovanie týchto javov. Naše zariadenia sú dostatočne veľké a čisté na to, aby elektróny interagovali takmer výlučne s fonónmi a inými elektrónmi. Očakávame že tieto výsledky budú inšpirovať k podobným štúdiám nerovnovážnych javov v iných 2D materiáloch. Naše merania tiež ukazujú, že vysokokvalitné grafénové vrstvy môžu niesť veľmi vysoké kontinuálne prúdové hustoty, ktoré sa približujú k hustote dosiahnuteľným v supravodičoch. Vysoko čisté grafénové tranzistory by mohli nájsť budúce uplatnenie pri aplikáciach elektronických technológií v nanorozmeroch“.
Zdroj: nano-magazine.com, http://fumacrom.com/2yJks

Nanokryštály vyrobené z amalgámu dvoch kovov.

Nanokryštály vyrobené z amalgámu dvoch kovov. Výskumníkom z ETH sa podarilo vyrobiť nanokryštály vyrobené z dvoch rôznych kovov pomocou amalgamačného procesu, pri ktorom tekutý kov preniká do pevného. Táto nová a prekvapivo...

Inteligentné rúško prispôsobivé aktivite a úrovni znečistenia.

Inteligentné rúško prispôsobivé aktivite a úrovni znečistenia. Počas pandémie koronavírusu si mnoho ľudí zvyklo nosiť rúško na ochranu seba a ostatných ale to neznamená, že masky sú vždy pohodlné - obzvlášť počas aktivity. Vedci vyvinuli dynamický respirátor, ktorý...

Nový senzor deteguje stále menšie nanočastice

Bežné mikroskopy vytvárajú zväčšené obrazy malých štruktúr alebo predmetov pomocou svetla. Nanočastice sú však také malé, že sotva absorbujú alebo rozptyľujú svetlo a preto zostávajú neviditeľné. Optické rezonátory zvyšujú interakciu medzi svetlom a nanočasticami:...

Nový nanomateriál na liečbu kožných infekcií.

Nový nanomateriál na liečbu kožných infekcií. Vedci z Ústavu organickej chémie a biochémie AV ČR (ÚOCHB Praha) a Technickej univerzity v Liberci v spolupráci s vedeckými pracovníkmi z Mikrobiologického ústavu AV ČR, Katedry medicíny popálenín tretej lekárskej fakulty...

O krok bližšie k energii z morskej vody.

Nový nástroj prináša energiu z morskej vody s nulovým obsahom uhlíka o krok bližšie   Vedci z McGill University predviedli techniku, ktorá by mohla umožniť výrobu robustných, vysoko výkonných membrán na využívanie bohatého zdroja obnoviteľnej energie. Modrá...

Nanokryštálový menič na výrobu čistého vodíka.

Nanokryštálový menič na výrobu čistého vodíka. Výskum Curtinskej univerzity identifikoval nový, lacnejší a účinnejší elektrokatalyzátor na výrobu zeleného vodíka z vody, ktorý by jedného dňa mohol otvoriť nové cesty pre rozsiahlu výrobu čistej energie. Vedci zvyčajne...

Odomkli technológiu na výrobu nerozbitných obrazoviek

Odomkli technológiu na výrobu nerozbitných obrazoviek Prasknuté obrazovky telefónov by sa mohli stať minulosťou vďaka prelomovému výskumu uskutočnenému na University of Queensland. Globálny tím výskumníkov, vedený Dr. Jingwei Hou z UQ, profesorkou Lianzhou Wang a...

Zlepšenie asfaltových ciest vďaka nanočasticiam.

Naposledy sme si písali o tom, ako sa vedcom podarilo priblížiť vďaka nanotechnológii k novému zdroju energie s nulovým obsahom uhlíka. Teraz vedci prišli s jej novým využitím v oblasti budovania kvalitných a odolných ciest.   Nový asfalt (WMA) si získava...

Výskum grafénu odhaľuje nové možnosti pre elektronické technológie.

Výskum grafénu odhaľuje nové možnosti pre elektronické technológie Tím výskumníkov odhalil, že v grafénovom tranzistore možno vytvoriť sonický tresk a Dopplerové posunuté zvukové vlny, čo dáva nový pohľad na tento svetoznámy materiál a jeho potenciál na použitie...

Tlačená, flexibilná a nositeľná elektronika.

Tlačená, flexibilná a nositeľná elektronika.   Inteligentné senzory nemusia obsahovať len obväzy alebo náplaste. Elektroniku budeme čoskoro vedieť tlačiť a nosiť oblečenú.   Dopyt po flexibilnej nositeľnej elektronike bol sprevádzaný dramatickým nárastom...