Это означает, что материал, графен, может обеспечить более быструю электронику, чем это возможно сегодня с кремнием.
Но чтобы быть действительно полезным, графен должен переносить электрический ток, который включается и выключается, как то, что делает кремний в виде миллиардов транзисторов на компьютерном чипе. Это переключение создает строки из нулей и единиц, которые компьютер использует для обработки информации.
Исследователи из Университета Пердью в сотрудничестве с Мичиганским университетом и Университетом науки и технологий Хуачжун показывают, как с помощью лазерной техники графен может иметь структуру, позволяющую протекать электрическому току.
Эта структура представляет собой так называемую "запрещенную зону"."Электроны должны перепрыгнуть через этот зазор, чтобы стать электронами проводимости, что делает их способными переносить электрический ток. Но у графена, естественно, нет запрещенной зоны.
Исследователи Purdue создали и увеличили ширину запрещенной зоны в графене до рекордных 2.1 электронвольт.
Чтобы функционировать как полупроводник, такой как кремний, ширина запрещенной зоны должна быть не менее предыдущей записи 0.5 электронвольт.
«Это первый раз, когда удалось достичь такой большой ширины запрещенной зоны без воздействия на сам графен, например, с помощью химического легирования. «Мы чисто натянули материал», – сказал Гэри Ченг, профессор промышленной инженерии в Purdue, чья лаборатория исследовала различные способы сделать графен более полезным для коммерческих приложений.
Наличие запрещенной зоны позволяет полупроводниковым материалам переключаться между изолирующим или проводящим электрический ток, в зависимости от того, проталкиваются ли их электроны через запрещенную зону или нет.
Превосходя 0.Исследователи говорят, что 5 электронвольт раскрывают еще больший потенциал графена в электронных устройствах следующего поколения. Их работа опубликована в выпуске Advanced Materials.
"В прошлом исследователи открывали запрещенную зону, просто растягивая графен, но одно только растяжение не очень сильно увеличивает ширину запрещенной зоны. «Вам необходимо навсегда изменить форму графена, чтобы ширина запрещенной зоны оставалась открытой», – сказал Ченг.
Ченг и его сотрудники не только сохраняли ширину запрещенной зоны в графене открытой, но и добирались до того, что ширину запрещенной зоны можно было регулировать от нуля до 2.1 электронвольт, что дает ученым и производителям возможность просто использовать определенные свойства графена в зависимости от того, что они хотят, чтобы материал выполнял.
Исследователи сделали структуру запрещенной зоны в графене постоянной, используя метод, называемый лазерным ударным импринтингом, который Ченг разработал в 2014 году вместе с учеными из Гарвардского университета, Мадридского института перспективных исследований и Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Для этого исследования исследователи использовали лазер для создания импульсов ударной волны, которые проникали в нижележащий лист графена.
Лазерный удар деформирует графен в форму, похожую на канавку, навсегда формируя ее. Регулировка мощности лазера регулирует ширину запрещенной зоны.
По словам Ченга, хотя этот метод все еще далек от использования графена в полупроводниковых устройствах, он обеспечивает большую гибкость в использовании преимуществ оптических, магнитных и тепловых свойств материала.