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.

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.“

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“.