Перспективы использования графена в электронике расширяются

Перспективы использования графена в электронике расширяются

Возможности создания наноэлектронных устройств из графена все еще изучаются. Отсутствие в графене запрещенной зоны (бандгапа) означает, что его электропроводность невероятно высока, но в то же время его практически невозможно полностью изолировать. Исследователи из Массачусетского технологического института определили, как выстраивать точные бандгапы в композитах графена и нитрида бора и раскрыли глубинную электронную структуру материала.

Исследователи MIT брали отдельные гексагональные слои графен и накладывали их на аналогичные слои нитрида бора. Основным заданием было научиться контролировать степень выравнивания между слоями, и то, как электроны переходят из одного слоя в другой. Для того, чтобы графеново-борный материал проявлял свои скрытые возможности, требовалось дополнительное влияние извне. Одними из таких воздействий стало охлаждение всех слоев до абсолютного нуля и мощное магнитное поле.

Перспективы использования графена в электронике расширяются

После этого стало возможным увидеть эффект, называемый Бабочка Хофштадтера. Эта фрактальная структура возникает, когда электронные энергетические уровни материала соединяются в магнитном поле. В данном случае, исследователи использовали поля до 45 Тл (Тесла), которые доступны в Национальной лаборатории магнитных полей в Таллахасси. Для сравнения, это примерно в пять раз больше, чем у самого мощного аппарата МРТ общего пользования.  В графическом представлении фрактальная структура энергетического спектра бабочки имеет внутреннее подобие, известное как фрактальна размерность. Интересно, что лишь относительно недавно ученые нашли доказательства существования этого вида критической квантовой точки в поведении полупроводников, а также белков, использующихся в клетках для ферментативных функций. Они даже смогли вычислить эту фрактальной размерности для некоторых из них.

Перспективы использования графена в электронике расширяются

Когда графеново-борные слои укладываются неровно, они создают муаровый узор. Когда угол сдвига между слоями небольшой, материал проявлял изолирующие свойства, а когда он увеличивался, то проявлялся проводящий характер. Это открытие расширяет возможности практического применения графена в наноэлектронике. Кроме того, ранее исследователи продемонстрировали нечто, известное как спиновый эффект Холла, при котором электроны отклоняются к противоположным сторонам немагнитного проводника, как во всем материала, так и в отдельных полосах. В отличие от  однонаправленного потока электронов в обычном металле, материал, действующий как «топологический изолятор» может быть полезен в спинтронике.
По сравнению с нормальными материалами, где скорость электрона является суб-релятивистской, электроны в графеновом композите, выровненные по одному краю, могут двигаться с гораздо большей скоростью. Кроме того, когда слои графена сложены вместе, они все еще могут проявлять высокую проводимость в отдельных слоях.
Есть еще много деталей, над которыми нужно работать, прежде чем графен сможет использоваться в полупроводниковых устройствах. Тем не менее, исследования продолжаются, и физика графена развивается значительными темпами.

Стоит почитать по теме графен

Система Orphus
comments powered by Disqus
 
Top