Sterowanie właściwościami grafenu

Grafen jest fascynującym materiałem, który posiada szereg niezwykłych właściwości. Niestety, nie można go używać jako półprzewodnika, gdyż nie posiada on odpowiedniej przerwy energetycznej w swojej strukturze pasmowej. Naukowcy mogą sztucznie wprowadzić przerwę, ale często rozdzielenie energii nie trwa długo. Nowe, teoretyczne badania opublikowane w Physical Review Letters pokazują, jak specjalny fonon wzbudzenia mogłyby przyczynić się do powstania przestrajanych luk energii w grafenie.
Grafen posiada bardzo dobrą przewodność, ale jest to spowodowane tym, że pasmo walencyjne oraz pasmo przewodnictwa są w tym materiale połączone ze sobą. Brak przerwy energetycznej może być korzystny do stosowania w grafenu w ogniwach słonecznych, ale ogranicza stosowanie tego materiału w tranzystorach. Domieszkowanie lub cięcie grafenu na tzw. nanowstążki może stworzyć pożądaną przerwę energetyczną, ale niestety może również zmniejszyć przewodność. Inne techniki, takie jak umieszczenie grafenu na podłożu, nie pozwalają na przestrajanie tej przerwy.
Thomas Iadecola z Boston University w Massachusetts, wspólnie z innymi naukowcami, sformułował mechanizm powstawania przerwy, który polega na „wyprowadzaniu” atomów węgla z ich położenia równowagi. Aby to zrobić, naukowcy przeanalizowali teoretycznie wzbudzenie fononowe (fonony są drganiami sieci krystalicznej), które deformuje długość wiązań w sieci krystalicznej. Następnie obliczyli wpływ na elektrony i stwierdzili, że system wzbudzenia fononowego jest odpowiednikiem stanu równowagi, w którym grafen posiada przerwę energetyczną, o szerokości zależnej od amplitudy fononów. W reprezentacyjnym przypadku, fonony które deformują długość wiązań o 0,04%, powinny produkować przerwę energetyczną wynoszącą 0,025 elektronowoltów.

Źródło: physics.aps.org

Grafika: Wikimedia.org