خبر گرافن دولایه‌ای از گرافن تک‌لایه‌ای بهتر است

[am in 25041]

محققان در موسسه ملی فناوری و استانداردها (NIST) نشان داده‌اند که خواص الکترونیکی دو لایه از گرافن در مقیاس نانومتری تغییر می‌کنند. این نتایج جدید حیرت‌آور نشان دادند که نه تنها اختلاف در استحکام بارهای الکتریکی بین دو لایه در سرتاسر لایه‌ها تغییر می‌کند، بلکه آنها برای ایجاد گودال‌هایی از بارهای مثبت و منفی متناوبِ توزیع‌شده بصورت تصادفی، واقعا علامت را معکوس می‌کنند. این اندازه‌گیری‌های جدید گرافن را یک قدم به استفاده در افزاره‌های الکترونیکی عملی نزدیک‌تر می‌کند.

اندازه‌گیری‌های این محققان نشان می‌دهند که برهم‌کنش‌های لایه‌های گرافن با بستر عایق سبب می‌شوند که الکترون‌ها (قرمز، پیکان رو به پایین) وحفره‌های الکترونی (آبی، پیکان رو به بالا) در "گودال‌ها" جمع شوند. این تفاوت در چگالی‌ها بار الگوی تصادفی از دوقطبی‌های متناوب و باندگپ‌های الکترونی ایجاد می‌کند که در عرض این لایه‌ها تغییر می‌کند.

به گزارش سرویس علم و فن آوری پایگاه اطلاع رسانی صبا به نقل از نانو، تحرک الکترونی در گرافن بسیار بالا است، با این حال فقدان آنچه فیزیک‌دانان باندگپ نامیده‌اند، استفاده عملی گرافن در افزاره‌های الکترونیک دیجیتالی را سخت کرده است. باندگپ آستانه پرانرژی است که امکان روشن و خاموش کردن یک ترانزیستور را فراهم می‌کند.

 

محققان می‌دانسته‌اند که گرافن دولایه‌ای (حاوی دو لایه‌ی گرافنی چسبیده بهم) موقعی که در یک میدان الکتریکی قرار گیرد، مانند یک نیمه‌رسانا عمل می‌کند. طبق گفته محققان NIST، باندگپ همچنین ممکن است بواسطه نوسان‌ها در پتانسیل الکتریکی صفحه‌ای که ناشی از برهم‌کنش‌های بین الکترون‌های گرافن با بستر است، تشکیل شود.

 

جوزف استروسکیو، یکی از این محققان، می‌گوید که اندازه‌گیری‌شان بر امر دلالت دارند که برهم‌کنش‌ها با بستر عایق تخریب‌شده سبب تشکیل استخرهایی از الکترون‌ها و حفره‌های الکترونی در گرافن می‌شوند. اختلاف در عمق استخر یا چگالی بار بین لایه‌ها، الگوی تصادفی از بارهای متناوب و باندگپ‌های متفاوت از نظر فضایی، ایجاد می‌کند.

 

دستکاری خلوص بستر می‌تواند روشی برای کنترل دقیق باندگپ گرافن ارائه کند و ممکن است بتدریج منجر به ساخت ترانزیستورهای مبتنی بر گرافن شود که می‌توانند شبیه یک نیمه‌رسانا روشن و خاموش شوند.

 

این محققان تلاش می‌کنند که با استفاده از مواد بستر مختلف، نقش بستر در ایجاد و کنترل باندگپ‌های در گرافن را بیشتر بررسی کنند. استروسکیو می‌گوید که اگر بتوان برهم‌کنش‌های بستری را به اندازه کافی کنترل کرد، شاید بتوان خواص کوانتومی عجیب گرافن دولایه‌ای را برای ایجاد ترانزیستور اثر میدانی کوانتومی جدید تحت کنترل درآورد.

 

جزئیات نتایج این کار تحقیقاتی در مجله‌ی Nature Physics منتشر شده است.