(PhysOrg.com) -- Wist je dat potloodstift de wereld kan veranderen? Grafeen is het materiaal waaruit grafiet, de kern van je nr. 2 potlood, is gemaakt. Het is ook het nieuwste "wondermateriaal, " en kan de volgende grote hoop van de elektronica-industrie zijn voor de creatie van extreem snelle elektronische apparaten. Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een van de eerste obstakels gevonden voor het gebruik van grafeen door te bewijzen dat de geleidbaarheid aanzienlijk afneemt wanneer meer dan één laag wordt cadeau.

De structuur van grafeen maakt het veelbelovend voor elektronica. Vanwege de manier waarop de koolstofatomen zijn gerangschikt, zijn elektronen zijn erg mobiel. Mobiele elektronen betekenen dat een materiaal een hoge geleidbaarheid moet hebben. Maar NC State-fysicus Dr. Marco Buongiorno-Nardelli en NC State elektro- en computeringenieur Dr. Ki Wook Kim wilden een manier vinden om het gedrag van 'echt' grafeen te bestuderen en te zien of dit werkelijk het geval was.

“Je kunt praten over de elektronische structuur van grafeen, maar je moet bedenken dat die elektronen niet alleen in het materiaal bestaan, ', zegt Buongiorno-Nardelli. “Er zijn onzuiverheden, en vooral, er zijn trillingen aanwezig van de atomen in het materiaal. De elektronen ontmoeten en interageren met deze trillingen, en dat kan de geleidbaarheid van het materiaal beïnvloeden.”

Buongiorno-Nardelli, Kim en afgestudeerde studenten Kostya Borysenko en Jeff Mullen ontwikkelden een computermodel dat de werkelijke geleidbaarheid van grafeen zou voorspellen, zowel als een enkele laag als in een dubbellaagse vorm, met twee lagen grafeen op elkaar. Het was belangrijk om het tweelagige model te bestuderen, omdat echte elektronische apparaten niet kunnen werken met slechts een enkele laag van het aanwezige materiaal.

“Je kunt geen halfgeleider maken met slechts één grafietlaag, ” legt Buongiorno-Nardelli uit. “Om een ​​apparaat te maken, het geleidende materiaal moet een middel hebben waarmee het kan worden in- en uitgeschakeld. En bilayer biedt zo'n vermogen. "

Met de hulp van de krachtige computers van Oak Ridge National Laboratories, het NC State-team ontdekte zowel goed als slecht nieuws over grafeen. Hun resultaten verschijnen als suggestie van een redacteur in de editie van 15 april van: Fysieke beoordeling B .

Met een enkele laag grafeen, de mobiliteit – en dus de geleidbaarheid – die de simulaties van de onderzoekers lieten zien, bleek veel hoger dan ze aanvankelijk hadden gedacht. Dit goede nieuws was evenwichtig, echter, door de resultaten van de dubbellaagse toestand.

"We verwachtten dat de geleidbaarheid van de elektronen in dubbellaags grafeen iets slechter zou kunnen zijn, vanwege de manier waarop de trillingen van de atomen in elke afzonderlijke laag met elkaar interageren, ’ zegt Mullen. “Verrassend, we ontdekten dat de mobiliteit van elektronen in dubbellaags grafeen ongeveer een orde van grootte lager is dan in een enkel grafeenblad."

“De reductie is aanzienlijk, maar zelfs dit verminderde aantal is hoger dan in veel conventionele halfgeleiders, Borysenko voegt eraan toe.

Buongiorno-Nardelli zegt dat de NC State-onderzoekers hun aandacht richten op het verhelpen van dit probleem.

“Als we het grafeen op een substraat leggen dat een deel van de door de elektrische stroom gegenereerde warmte kan ‘afzuigen’, de kristaltrillingen zullen afnemen en de mobiliteit zal toenemen. Dat zijn onze volgende stappen:de simulaties uitvoeren met grafeen en substraten die deze eigenschap hebben.”