ScienceDaily (15 мая 2009) — Применение инновационных методов измерения позволило исследователям из Технологического института Джорджии и Национального Института Стандартов и Технологии (NIST) непосредственно измерить необычный спектр энергии графена (graphene), технологические свойства, двумерной формы углерода, который мучил и озадачивал ученых начиная с его открытия в 2004.
Изданный в журнале Nature, их работа добавляет новые детали, чтобы помочь объяснить необычные физические явления и свойства, связанные с графеном, слоем толщиной в один атом углерода,построенном подобно сотовой структуре.
Интригующие перспективы дарит графен будущим технологиям, включая быстродействующую графеновую электронику, которая могла бы заменить сегодняшние интегральные схемы на основе кремния и другие устройства. Даже при комнатной температуре, электроны в графене более чем в 100 раз более мобильны, чем в кремнии.
Эта подвижность электронов в графене связан с любопытным фактом: электроны и проводники электроэнергии в графене ведут себя, как если бы они не имели массы. В обычных материалах, скорость электронов связана с их энергией, но не в графене. Хотя она не приближается к скорости света, свободные электроны в графене ведут себя как фотоны, невесомые частицы света, которые также перемещаются на скорости, независимой от их энергии.
Это сверхъестественное поведение связано с другой странностью. Когда обычные проводники помещаются в сильное магнитное поле, что проводники энергии , например, электроны начинают двигаться по круглым орбитам, которые ограничены к дискретными, одинаково разделенными уровнями энергии. В графене эти уровни, как известно, являются неравно разделенными из-за "невесомых" электронов.
Команда отслеживала эти невесомые электроны в действии, используя специализированный инструмент NIST, чтобы изменить масштаб изображения в графене при увеличениив миллиард раз, отслеживая электронные состояния, в то же самое время, применяя высокие магнитные поля. Изготовленное на заказ, сверхнизкотемпературное оборудование и туннельный, сверхвысоковакуумный микроскоп позволило им изучить изменяющееся магнитное поле поперек образца графена, который был изготовлен в Технологическом институте Джорджии.
Команда разработала график с высокой точностью распределения уровней энергии в графене. В отличие от металлов и других материалов, где расстояние от одного пика энергии до следующего однородно и равно, этот интервал неравен в графене.
Исследователи также исследовали и нанесли на график состояний графена "нулевое состояние энергии," любопытное явление, где материал не проводит электрический ток, пока магнитное поле не применено.
Кроме того, исследование выявило, что слой графена, который выращен на слое карбида
кремния ведет себя, как изолированный, двумерный лист.
Это открытие может указать путь к производственным методам для того, чтобы сделать большие, однородные партии графена для новой электроники на основе углерода.
|
