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

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...

Boj s hubovými infekciami: Obrovský skok pre nanotechnológie.

Boj s hubovými infekciami: Obrovský skok pre nanotechnológie. Majú zhruba rovnakú veľkosť ako častice koronavírusu a sú 1000-krát tenšie ako ľudské vlasy. Novo skonštruované nanočastice vyvinuté vedcami z University of South Australia, dosahujú pri liečbe plesní...

Sľubný nový prístup k obnove kostného tkaniva

Za posledných 30 rokov vedecká komunita pracovala na vývoji syntetickej alternatívy kostných štepov na opravu chorých alebo poškodených kostí. Výskumníci z McGill University použili kanadský svetelný zdroj (CLS) na univerzite v Saskatchewane na pokrok v novej metóde...

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:...

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...

Flexibilné zariadenie by mohlo liečiť stratu sluchu

Flexibilné zariadenie by mohlo liečiť stratu sluchu bez batérií Niektorí ľudia sa so stratou sluchu narodia, iní ju získajú vekom, infekciami alebo dlhodobým vystavením hluku. V mnohých prípadoch sú poškodené drobné chĺpky v slimáku vnútorného ucha, ktoré mozgu...

Drobné elektrické generátory by mohli urýchliť hojenie rán

Drobné obväzy, ktoré generujú elektrinu v reakcii na pohyb, by mohli urýchliť hojenie rán a regeneráciu tkaniva. Vedci z Taiwanu zhodnotili najnovšie pokroky a potenciálne aplikácie technológie hojenia rán v časopise Science and Technology of Advanced Materials....

Autonómne nanostroje inšpirované prírodou

Lekárski výskumníci UNSW, inšpirovaní spôsobom interakcie molekúl v prírode, konštruujú všestranné stroje v nano rozmeroch, aby umožnili ich väčší funkčný rozsah. Aby odolali náročným podmienkam v živých organizmoch, molekulárne stroje musia byť trvalo skonštruované...

Diaľkové ovládanie pre funkčné materiály

Intenzívna stredná infračervená excitácia sa ukázala ako výkonný nástroj na riadenie magnetických, feroelektrických a supravodivých vlastností zložitých materiálov. Nelineárna fononika je kľúčom k tomuto cieľu, pretože vytláča špecifické atómy z ich rovnovážnych...

Vodoodpudivý nanomateriál inšpirovaný prírodou.

Vodoodpudivý nanomateriál inšpirovaný prírodou. Tím vedcov z University of Central Florida vyvinul nový nanomateriál, ktorý odpudzuje vodu a môže zostať suchý, aj keď je ponorený pod vodou. Tento objav by mohol otvoriť dvere vývoju účinnejších povrchov odpudzujúcich...