Balistyczny transport elektronów w grafenie

W materiale, w którym nie dochodzi do rozpraszania elektronów potrafią one osiągać dużo wyższe prędkości - co nazywa się transportem balistycznym. Międzynarodowy zespół naukowców odkrył właśnie, że w grafenie możliwe jest osiągnięcie go dzięki czemu elektrony będą w stanie poruszać się w nim aż 10-krotnie szybciej, przez co może on być prawdziwie "magicznym" elektronicznym materiałem mimo braku pasma wzbronionego.

Pasmo wzbronione (oddziela pasmo walencyjne od pasma przewodnictwa) jest to zakres energii elektronów, w których materiał zmienia się z izolatora w przewodnik - a właśnie to zjawisko przełączania między obydwoma stanami jest podstawą działania tranzystora - musi on być na przemian włączany i wyłączany. Grafen nie posiada go co było dużym hamulcem w kwestii wykorzystania go w elektronice.

Teraz jednak zespół naukowców z Georgia Institute of Technology, Oak Ridge National Laboratory, niemieckiego Leibniz Universität Hannover i francuskiego Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) odkrył proces, w którym można na tak zwanym krzemowym waflu (czyli cienkim plastrze monokrystalicznego krzemu) stworzyć grafenowe nanowstążki, dzięki którym elektrony zachowują się jak fotony w światłowodzie.

Naukowcy podczas badań nie próbowali tym razem stworzyć nawet pasma wzbronionego, a po prostu chcieli odkryć metodę na produkcję grafenowych nanowstążek (cieniutkich, nanoskopowych pasków tego materiału) na krzemie. Dlatego zdziwili się oni bardzo gdy testy wykazały, że stworzona przez nich nanowstążka zachowuje się bardziej jak światłowód umożliwiając elektronom płynny i bardzo szybki ruch po swoich brzegach.

Dzięki temu udało się przekroczyć teoretyczną możliwą przewodność grafenu aż 10-krotnie i to w temperaturze pokojowej.

Nowa metoda produkcji opiera się o zjawisko epitaksji - wzrostu warstw monokryształu powielającego strukturę krystaliczną podłoża. W tym przypadku odbywało się to na krzemowo-węglowym waflu, na którym uprzednio przy użyciu tradycyjnych technik elektronicznych wytrawiono odpowiednie wzory. Po podgrzaniu go do temperatury przekraczającej tysiąc stopni Celsjusza krzem stopił się zostawiając za sobą grafenowe nanowstążki wzdłuż przewidzianych dla nich ścieżek.

Elektronami w takich nanowstążkach - mimo, że są one znacznie szybsze niż w krzemie - można sterować w sposoby używane powszechnie dziś w elektronice, co oznacza, że niedługo zastosowanie grafenu, powinno być w końcu możliwe  a to dobre wieści także dla naszego kraju - który jako pierwszy na świecie rozpoczął przemysłową produkcję tego materiału.

Źródła: ,