Výskum grafénu odhaľuje nové možnosti pre elektronické technológie.

Publikoval: ejrick van newman
18. novembra 2021

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.
nanomaterials 1 500x500 1
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

Nanotechnológia v boji proti zmene klímy: stavebné materiály

Stavebné materiály – ako je betón, cement a asfalt – sú jedny z najpoužívanejších materiálov na svete a sú hlavnými prispievateľmi k emisiám uhlíka. A ich používanie sa v budúcnosti nezníži, pretože ľudia musia vytvárať nové budovy a cesty tvárou v tvár neustále...

CHYBY, KTORÉ ROBÍTE PRI ČISTENÍ ZRKADLA V KÚPEĽNI

V kúpeľni je zrkadlo jedným z nevyhnutných prvkov, ktoré nielenže plnia praktickú úlohu, ale tiež pridávajú do priestoru optický dojem väčšieho a svetlejšieho miesta. Avšak, často sa stretávame s chybami pri čistení zrkadiel, ktoré môžu viesť k nežiaducim následkom,...

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....

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...

ZBER VODY ZO VZDUCHU POMOCOU SOLÁRNEJ ENERGIE

Viac ako 2,2 miliardy ľudí v súčasnosti žije v krajinách s nedostatkom vody a OSN odhaduje, že 3,5 milióna ročne zomiera na choroby súvisiace s vodou. Keďže oblasti, ktoré najviac potrebujú lepšiu pitnú vodu, sa nachádzajú aj na niektorých z najslnečnejších miest na...

AKO SA STARAŤ O SPRCHU S NANO OCHRANOU

Aj sprcha s nano ochranou si vyžaduje pravidelnú údržbu bez agresívnej chémie, sušenie po každom použití a obnovu nano vrstvy pre dlhotrvajúcu čistotu a lesk.

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...

Ľahké, rýchle a ekologické čistenie nano domácnosti

Ak ste niekto, kto nemá rád čistenie a radšej si zaplatí upratovaciu službu, aby to spravila za neho, potom ste pravdepodobne čistili domácnosť zlými produktami, pretože čistenie by nemalo byť také neznesiteľné. Napadlo vás niekedy, prečo sa vaše čistiace prostriedky...

ĽAHKÉ UPRATOVANIE KÚPEĽNE VĎAKA NANO OCHRANE

Nano ochrana môže výrazne uľahčiť upratovanie v kúpeľni, chrániť povrchy pred vodným kameňom, usadzovaním mydla a inými špinami. Tu sú tipy, ako využiť nano ochranu a uľahčiť si upratovanie v kúpeľni. Nano ochrana pre keramické obklady Aplikujte nano ochranu na steny...

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...

PREČÍTAJTE SI AJ

NANOČASTICE LIGNÍNU LEPŠIE CHRÁNIA PRED UV ŽIARENÍM

NANOČASTICE LIGNÍNU LEPŠIE CHRÁNIA PRED UV ŽIARENÍM

Inovatívna oblasť kozmetickej vedy nedávno upozornila na lignínové nanočastice (LNP) pre ich výnimočný potenciál pri posilňovaní opatrení na ochranu pred slnkom v rámci produktov starostlivosti o pleť. Tieto nanočastice sú oslavované pre ich vynikajúcu schopnosť...

ROZPRÁVANIE BEZ HLASIVIEK VĎAKA AI

ROZPRÁVANIE BEZ HLASIVIEK VĎAKA AI

Pre ľudí s poruchami hlasu, vrátane tých, ktorí majú patologické stavy hlasiviek alebo ktorí sa zotavujú po operáciách rakoviny hrtana, je často ťažké alebo nemožné hovoriť. To sa môže čoskoro zmeniť. Tím inžinierov z UCLA vynašiel mäkké, tenké a pružné zariadenie s...

PRVÝKRÁT 100% RECYKLOVANÁ VISKÓZA

PRVÝKRÁT 100% RECYKLOVANÁ VISKÓZA

V súčasnosti sa viskózové textílie vyrábajú z biomasy z lesa a úplne recyklovaná viskóza neexistuje. Vedcom z univerzity v Lunde vo Švédsku sa teraz podarilo vyrobiť novú viskózu – z opotrebovaných bavlnených obliečok. Staré textílie po celom svete končia na smetisku...

NANOGÉLY PRE LEPŠIE ZOTAVENIE PORANENEJ MIECHY

NANOGÉLY PRE LEPŠIE ZOTAVENIE PORANENEJ MIECHY

Prevratný vývoj v liečbe poranení miechy predstavuje nový prístup prostredníctvom použitia špecializovanej nanotechnológie. Tento dodávací systém, známy ako nanogél, je duchovným dieťaťom výskumníkov z Politecnico di Milano. Je dômyselne navrhnutý tak, aby sa...

STARODÁVNE MORSKÉ TVORY POMÁHAJÚ MAKKEJ ROBOTIKE

STARODÁVNE MORSKÉ TVORY POMÁHAJÚ MAKKEJ ROBOTIKE

Mäkká robotika je náuka o vytváraní robotov z mäkkých materiálov, ktorá má výhodu flexibility a bezpečnosti pri interakciách medzi ľuďmi. Tieto roboty sú vhodné pre aplikácie od zdravotníckych zariadení až po zvyšovanie efektivity pri rôznych úlohách. Okrem toho,...

NANOTECHNOLÓGIA ZVYŠUJE CHIRURGICKÚ PRESNOSŤ A HOJENIE

NANOTECHNOLÓGIA ZVYŠUJE CHIRURGICKÚ PRESNOSŤ A HOJENIE

Výskumníci z Empa a ETH Zurich predstavili inovatívnu chirurgickú techniku, ktorá prináša revolúciu v spôsobe hojenia rán. Táto nová metóda, ktorá sa líši od tradičného prístupu ihly a nite používaného viac ako 5000 rokov, využíva sofistikovaný proces laserového...

INOVATÍVNE ZARIADENIE ZBIERA A VYTVÁRA UDRŽATEĽNÚ ENERGIU

INOVATÍVNE ZARIADENIE ZBIERA A VYTVÁRA UDRŽATEĽNÚ ENERGIU

Prevratné zariadenie na zber energie inšpirované prírodným svetom je nastavené tak, aby spôsobilo revolúciu v tom, ako vyrábame elektrinu z dažďa a vetra. Táto technológia, ktorú vytvoril tím vedcov, efektívne premieňa energiu z dažďových kvapiek a vetra na elektrickú...

PRELOMOVÉ OBJAVY VO VÝSKUME ĽADU

PRELOMOVÉ OBJAVY VO VÝSKUME ĽADU

Zdanlivo jednoduchá látka ľadu bola predmetom prelomovej štúdie v Národnom laboratóriu v Argonne, ktorá odhalila zložitosť jeho správania pri extrémne nízkych teplotách. Základom tejto štúdie je predtavenie, ktoré sa tradične pozoruje blízko bodu mrazu vody....

ŠKRIDLA, KTORÁ ZNÍŽI NÁKLADY NA VYKUROVANIE AJ CHLADENIE

ŠKRIDLA, KTORÁ ZNÍŽI NÁKLADY NA VYKUROVANIE AJ CHLADENIE

Približne polovica spotreby energie priemernej americkej budovy sa minie na vykurovanie a chladenie. To je veľa vynaložených peňazí, spálených fosílnych palív a záťaže na starnúcu energetickú infraštruktúru v čase vysokých teplôt. Vedci teraz predstavili adaptívnu...

ZBER VODY ZO VZDUCHU POMOCOU SOLÁRNEJ ENERGIE

ZBER VODY ZO VZDUCHU POMOCOU SOLÁRNEJ ENERGIE

Viac ako 2,2 miliardy ľudí v súčasnosti žije v krajinách s nedostatkom vody a OSN odhaduje, že 3,5 milióna ročne zomiera na choroby súvisiace s vodou. Keďže oblasti, ktoré najviac potrebujú lepšiu pitnú vodu, sa nachádzajú aj na niektorých z najslnečnejších miest na...

MIKRORIASOVÉ ROBOTY ZACHYTÁVAJÚCE PLASTY VO VODE

MIKRORIASOVÉ ROBOTY ZACHYTÁVAJÚCE PLASTY VO VODE

Plastový odpad čoraz viac znečisťuje naše oceány a vodné cesty. Keď sa plasty v prostredí rozkladajú, fragmentujú sa na malé kúsky známe ako mikroplasty a nanoplasty. Mikroplasty sú plastové častice s veľkosťou do 5 mm, zatiaľ čo nanoplasty sú menšie ako 1 mikrón....

VYLEPŠENIE PRIETOKOVÝCH BATÉRIÍ NA VODNEJ BÁZE

VYLEPŠENIE PRIETOKOVÝCH BATÉRIÍ NA VODNEJ BÁZE

Dve farebné tekutiny prebublávajúce trubicami: Takto vyzerá batéria budúcnosti? Výskumník Empa David Reber sa rozhodol odpovedať na túto otázku v priebehu nasledujúcich štyroch rokov s podporou grantu Ambizione od Švajčiarskej národnej vedeckej nadácie (SNSF)....

Prelomy v nano poľnohospodárstve a úloha investícií

Prelomy v nano poľnohospodárstve a úloha investícií

  Keďže sa očakáva, že globálna populácia do roku 2050 vzrastie na 9,9 miliardy, je vyvíjaný tlak na prijatie efektívnejších a udržateľnejších poľnohospodárskych postupov. Nanotechnológia sa v tejto oblasti ukazuje ako kritický hráč, ktorý sľubuje zvýšenie...

autor

ejrick van newman

Komentáre

0 komentárov