Pierwsze próbki sztucznego grafenu

Amerykańscy naukowcy stworzyli pierwsze próbki sztucznego grafenu, którego elektryczne właściwości mogą być kontrolowane w o wiele większym stopniu, niż w przypadku naturalnej formy tego materiału. Potencjalną korzyścią wynikającą z tej pracy może być dokładne zbadanie właściwości tzw. fermionów Diraca, odpowiedzialnych za unikalne właściwości elektryczne grafenu oraz możliwość powstania nowej generacji materiałów kwantowych.

Grafen to pojedyncza warstwa atomów węgla tworzących heksagonalne (sześciokątne) pierścienie, kształtem przypominające plastry miodu. Na podstawie wielu prac badawczych przeprowadzonych na przestrzeni ostatnich lat, wiemy, że elektrony, przemieszczające się wewnątrz sieci krystalicznej grafenu, zachowują się jak cząstki nie posiadające masy. Cząstki te określane mianem fermionów Diraca mogą być potencjalnie wykorzystane w produkcji bardzo szybkich i wydajnych tranzystorów nowej generacji.

Sztuczny grafen

„Molekularny” grafen, jak został nazwany sztuczny grafen wyprodukowany przez amerykańskich naukowców, to materiał podobny do naturalnego grafenu. Podobny, ponieważ jego elektryczne właściwości mogą być sterowane w dużo szerszym zakresie. Materiał ten stworzono przy użyciu niskotemperaturowego skaningowego mikroskopu tunelowego wyposażonego w irydową końcówkę. Przy pomocy tejże końcówki manipulowano położeniem cząsteczek tlenku węgla na niezwykle gładkim, przewodzącym podłożu wykonanym z miedzi. Jak wyjaśnił Hari Manoharan – szef grupy badawczej ze Stanford University – odpychanie elektrostatyczne występujące między cząsteczkami tlenku węgla a swobodnymi elektronami, występującymi na powierzchni miedzi, powoduje „wpychanie” tychże elektronów w strukturę takiego układu powodując, że zachowują się one jak fermiony Diraca. „Pomiary przewodnictwa elektronów poruszających się w stworzonym przez nas materiale, wykazały, że elektrony te faktycznie zachowują się jak fermiony Diraca”, powiedział Manoharan.

Sterowanie właściwościami elektrycznymi „molekularnego” grafenu odbywało się poprzez zmianę położenia cząsteczek tlenku węgla na powierzchni miedzi. Dodatkowo, poprzez wprowadzanie defektów lub domieszek do takiego układu udało się również manipulować gęstością elektronów na powierzchni miedzi. „Nasze badania mogą prowadzić do ważnych technologicznych zastosowań, jak również umożliwić kontrolę nad fermionami Diraca, pozwalając w ten sposób badać nowe zjawiska”, dodał Manoharan.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com