(PhysOrg.com) -- Natuurkundigen hebben tot nu toe het zuiverste grafeen onderzocht, en hebben ontdekt dat het materiaal een ongekend hoge elektronische kwaliteit bezit. De ontdekking heeft de lat voor dit relatief nieuwe materiaal hoger gelegd, en daagt wetenschappers uit om erachter te komen hoe perfect grafeen kan zijn.

Het team van wetenschappers, Petr Neugebauer, et al, van het Grenoble High Magnetic Field Laboratory in Frankrijk, heeft zijn onderzoek gepubliceerd in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven , genaamd "Hoe perfect kan grafeen zijn?" De wetenschappers ontdekten dat hun natuurlijk voorkomende grafeenmonster een dragermobiliteit had die bijna twee ordes van grootte hoger was dan die van andere soorten grafeen, en een verstrooiingstijd die aanzienlijk groter is dan die gerapporteerd in door de mens gemaakte grafeenmonsters. Beide eigenschappen kunnen de deuren openen voor toekomstige ontwikkelingen in grafeentechnologieën.

"De belangrijkste bevinding van ons artikel is absoluut de ontdekking dat er grafeen van uitzonderlijk hoge kwaliteit in de natuur bestaat, veel beter dan door de mens gemaakte exemplaren die met een van de huidige methoden zijn gemaakt, hetzij door afschilfering van bulkgrafiet of epitaxiale groei, ” vertelde co-auteur Milan Orlita PhysOrg.com . “De vraag voor de huidige technologie is dus niet langer of de kwaliteit van de hedendaagse specimens significant kan worden verhoogd, maar in plaats daarvan, hoe je dat doet. En het is gewoon de kwaliteit van de exemplaren die is, zoals veel onderzoekers geloven, verdere vooruitgang in de fysica van grafeen beperken.”

Voor het eerst experimenteel gerealiseerd in 2004, grafeen bestaat uit een één atoom dik vel koolstofatomen gerangschikt in een hexagonaal honingraatrooster, waardoor het eruitziet als kippengaas. Grafeen is de basisbouwsteen van verschillende andere koolstofallotropen:bijvoorbeeld op elkaar gestapelde grafeenvellen creëren grafiet; opgerold, ze maken koolstofnanobuisjes; en rolde in een bol, ze worden buckyballs. Daarom, het vinden van een meer perfecte vorm van grafeen kan belangrijke implicaties hebben voor veel gebieden van nanotechnologie en materiaalwetenschap.

Zoals de natuurkundigen in hun studie uitleggen, er is veel onderzoek gedaan naar de kwantumelektrodynamische eigenschappen van grafeen. Echter, verdere vooruitgang lijkt te worden beperkt door de ontoereikende elektronische kwaliteit van door de mens gemaakte grafeenstructuren. In aanvulling, Het substraat van grafeen en andere omringende media hebben de neiging de elektronische kwaliteit van grafeenmonsters te verslechteren. Monsters van hogere kwaliteit zijn cruciaal voor het verkennen van de realistische limieten en kwantumverschijnselen in grafeen.

In een eerder dit jaar gepubliceerde studie in Fysieke beoordelingsbrieven , een ander team van wetenschappers ontdekte een vorm van grafeen bestaande uit goed gedefinieerde grafeenvlokken in de vorm van vellen die zich op - maar toch losgekoppeld van - het oppervlak van bulkgrafiet (Li, et al .). Dit grafeen is niet alleen goed gestructureerd, maar het onderliggende grafiet dient ook als een goed op elkaar afgestemd substraat voor het onderzoeken van de grafeenlaag, dat is wat de wetenschappers van Grenoble in de huidige studie doen.

Zoals de wetenschappers uitleggen, het fysieke mechanisme achter de goede elektronische eigenschappen van pure grafeen is te danken aan zijn kwantumkenmerken - in het bijzonder, zijn goed gedefinieerde kwantisering. Bij experimenten, de wetenschappers ontdekten dat de Dirac-achtige elektronische toestanden van grafeen worden gekwantiseerd in magnetische velden tot 1 milliTesla, en ze verwachten dat de kwantisering zo laag als 1 microTesla zal overleven.

De nieuwe metingen van de extreem hoge dragermobiliteit van grafeen stellen nieuwe en verrassend hoge limieten voor de potentiële eigenschappen van grafeen. De natuurkundigen hopen dat de vraag hoe perfect grafeen kan zijn een ultiem antwoord zal hebben dat veel goeds belooft voor verdere ontwikkelingen van grafeentechnologieën, hoewel Orlita opmerkte dat de aanvragen misschien een tijdje niet komen.

"Naar mijn mening, we zijn nog relatief ver verwijderd van echte toepassingen van grafeen en het meeste van het huidige werk aan grafeen wordt gedreven door het fundamentele belang, " hij zei. "Hoe dan ook, alleen het fundamentele onderzoek vraagt ​​om monsters van hogere kwaliteit, aangezien er een aantal verschijnselen theoretisch is voorspeld (bijvoorbeeld gerelateerd aan de kwantumelektrodynamica op Dirac-fermionen), die nog experimenteel moeten worden bevestigd.”

Meer informatie: P. Neugebauer, de heer Orlita, C. Faugeras, A.-L. Barra, M. Potemski. "Hoe perfect kan grafeen zijn?" Fysieke beoordelingsbrieven . 103, 136403 (2009). DOI:10.1103/PhysRevLett.103.136403

Copyright 2009 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.