Tranzistory BISFET a dvouvrstvý grafen
Pro konstrukci procesorů je třeba pochopit procesy při dopování grafenu (inzerci či extrakci elektronů) a při přenosu náboje mezi jeho vrstvami. Na objevech týkajících se grafenu se podíleli i čeští vědci Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského.
oznámení Tiskového odboru AV ČR
Viditelné stopy ve výzkumu jednoho z nejnadějnějších materiálů pro budoucnost – grafenu – zanechali vědci z oddělení elektrochemických materiálů Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Na jeho unikátní vlastnosti, jako jsou extrémní mechanická pevnost, tepelná či elektrická vodivost a zároveň optická propustnost, se zaměřují badatelé okolo prof. Ladislava Kavana, dr. Martina Kalbáče a dr. Otakara Franka. Nové poznatky byly publikovány ve třech odborných statích prestižního mezinárodního časopisu Nano Letters. Využity mohou být např. při výrobě nové generace solárních článků a tranzistorů.
Nasazení grafenu v barvivem senzitizovaných solárních článcích místo platiny ukazuje práce prof. Kavana, vzniklá ve spolupráci se skupinou prof. Michaela Grätzela z Ecole Polytechnique v Lausanne. Grafenové nanodestičky ve formě opticky transparentního filmu vykazují vynikající elektrokatalytické vlastnosti pro redox mediátory na bázi kobaltu. V tomto případě grafen jednoznačně překonává platinu jako katalyzátor. Tento objev má zřejmou aplikaci pro novou generaci barvivem sensibilizovaných a kobaltem mediovaných solárních článků, u kterých badatelé prokázali rekordní účinnost konverze solární energie přes 12 %! Článek s grafenovou katodou překonává vlastnosti článku s platinovou katodou zejména ve faktorech zaplnění a v účinnosti při vysoké intenzitě osvětlení.
Další z nadějných aplikací grafenu je nahrazení křemíku v logických obvodech. Teprve nedávno zveřejněný koncept tzv. BISFET tranzistoru (bilayer pseudospin field-effect transistor) by mohl být realizován právě grafenem, přesněji řečeno jeho dvěma vrstvami, které by ale byly uspořádány nad sebou tak, aby jejich vzájemná interakce byla minimální. Takový tranzistor by pak měl až tisícinásobně nižší spotřebu energie než ty současné konvenční na bázi křemíku. Tento koncept je však stále ještě pouze teoretický a představuje velkou výzvu pro výzkum. Jedním ze zásadních kroků je zde pochopení procesů při dopování grafenu (v tomto případě inzerci či extrakci elektronů) a při přenosu náboje mezi jeho vrstvami. Právě touto problematikou se zabývá práce dr. Kalbáče, který pomocí Ramanovy spektroskopie studoval elektrochemické dopování dvouvrstvého grafenu s využitím izotopického značení uhlíku v jednotlivých vrstvách. Tato jedinečná metoda pak přinesla neočekávaný závěr, že elektrochemické dopování obou vrstev probíhá obdobně, což se liší od chování analogického systému, tj. dvoustěnných uhlíkových nanotub. Kromě toho bylo rovněž zjištěno, že dopování může vést ke zmenšení interakce mezi vrstvami, a tím by mohlo být užitečným nástrojem pro modifikaci vlastností grafenových dvouvrstev, např. právě v tranzistorech BISFET. Na výzkumu se podíleli i badatelé z Massachusettského Technologického Institutu v Bostonu.
Dvouvrstvým grafenem, tentokrát ovšem s periodickým AB uspořádáním, a jeho mechanickými vlastnostmi, se zabývá práce dr. Franka. V tomto případě, kromě fundamentálního popisu chování takového materiálu při jednoosém tahu, bylo jedním z cílů práce prověřit možnost otevření zakázaného pásu v jinak perfektně vodivém grafenu pomocí mechanického namáhání. Dosavadní teoretické úvahy tuto možnost předkládaly jako téměř jistou, nicméně prakticky takový pokus ještě realizován nebyl. Zmíněná práce, jež vznikla mimo jiné ve spolupráci s týmem prof. Konstantina Novoselova, nositele Nobelovy ceny za objev grafenu, ukazuje možnost otevření zakázaného pásu nerovnoměrným namáháním obou vrstev, kdy v určitých definovaných momentech dojde k nepatrnému porušení jinak perfektní symetrie AB grafenu. To pak vede k nepatrné, ale zásadní změně elektronové struktury, analogicky k nerovnoměrnému nabíjení dvou vrstev, pomocí něhož bylo otevírání zakázaného pásu prokázáno již dříve. Uvedený postup pomocí mechanického napětí by ovšem mohl být realizován snadněji, například kombinací správně upraveného substrátu na spodní straně a elektrod na svrchní vrstvě. Dr. Frank byl před několika dny oceněn Cenou Učené společnosti pro mladé vědecké pracovníky právě za fundamentální studium mechanické deformace grafenu.
Publikované práce:
Kavan, L.; Yum, J.H.; Graetzel, M.: Graphene Nanoplatelets Outperforming Platinum as the Electrocatalyst in Co-Bipyridine-Mediated Dye-Sensitized Solar Cells. Nano Letters 11(12), 5501-5506 (2011), viz http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl203329c
Kalbac, M.; Farhat H.; Kong J.; Janda P.; Kavan L.; Dresselhaus M.S.: Raman Spectroscopy and in Situ Raman Spectroelectrochemistry of Bilayer 12C/13C Graphene. Nano Letters 11(5), 1957-1963 (2011), viz http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl2001956
Frank, O.; Bouša, M.; Riaz, I.; Jalil, R.; Novoselov, K. S.; Tsoukleri, G.; Parthenios, J.; Kavan, L.; Papagelis, K.; Galiotis, C.: Phonon and structural changes in deformed Bernal stacked bilayer graphene. Nano Letters 12(2), 687-693 (2012), viz http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl203565p
Novinky - věda a technika
-
V Kopřivnici cvičí psy na vyhledávání rakoviny. Uspět může voříšek i starý pes
Možná i váš pes nebo třeba voříšek od sousedů může diagnostikovat rakovinu dřív než lékařské přístroje. Dokázat se to snaží výzkumníci v Kopřivnici. Dvakrát do týdne k nim docházejí dobrovolníci se svými psy a trénují na vzorcích krve.
-
Od pracích prášků se dostal k vývoji nanorobotů, kteří bojují s rakovinou, nebo k práci na přírodních antibiotikách. Profesor František Štěpánek
Říkají mu někdy česnekový vědec. Profesor František Štěpánek totiž pracuje na přírodních antibiotikách, na které nevzniká rezistence. Taky ale vyvíjí miniaturní chemické roboty, kteří by dopravovali účinné látky na přesné místo v těle pacienta.
-
Co se kost v mládí nenaučí, ke stáru nedožene
Dlouhé sezení ve škole a odpoledne strávená doma s tabletem v ruce jsou zaručeným receptem nejen na dětskou obezitu, ale i méně viditelné zhoršování kvality kostí. Aby se kosti dobře vyvíjely, potřebují přirozený pohyb, a toho se dnešním dětem příliš nedostává.
-
Operace může zpomalit projevy Parkinsonovy nemoci. Pacientům pomáhá od třesu skoro na počkání
Hluboká mozková stimulace výrazně pomáhá pacientům, kteří trpí Parkinsonou nemocí a dalšími motorickými poruchami. Stává se alternativou k dosud běžnější terapii léky, jejichž účinnost se časem snižuje. Už dvacet let na této metodě spolupracuje Centrum pro intervenční terapii motorických poruch Neurologické kliniky Všeobecné fakultní nemocnice v Praze spolu s Nemocnicí Na Homolce.
-
Nezničitelnost švábů tkví v DNA
Švábi přežili dinosaury a dost možná přežijí i případnou zkázu lidstva. Planetu Zemi obývají už 300 milionů let. Jsou holt mnohem odolnější než jakékoli jiné organismy na Zemi. Vděčí za to své DNA.
-
Hluboká stimulace mozku pomůže, ale musí nastoupit včas, tvrdí neurolog
Hluboká stimulace neuronů v mozku dnes pomáhá stále širšímu spektru pacientů. Umí potlačit esenciální třes, mimovolné svalové křeče nebo Tourettův syndrom. Do budoucna by se mohla uplatnit i při léčbě depresí. O této metodě, která pomáhá také nemocným Parkinsonovou chorobou, hovořil v Magazínu Leonardo neurolog Robert Jech z Neurologické kliniky 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy a Všeobecné fakultní nemocnice v Praze.
-
Bizarní členovec z Brna
Kdysi velmi dávno byl velkým obávaným predátorem. Dnes z něj zbyl jen kus kamene. Jeden z nich se nedávno našel nedaleko Brna. Pěticentimetrová zvláštně vroubkovaná zkamenělina byla živočichem ze skupiny dnes známé pod vědeckým jménem Thylacocephala.
-
Na oběžné dráze vzniká luxusní hotel. Za 196 milionů korun nabídne 16 západů slunce denně
Hledáte nějaký dobrý hotel s výhledem a bez davů turistů? Máme pro vás tip – pobyt přímo ve vesmíru. Jen si to představte: 16 východů a západů Slunce denně a co teprve ten výhled! Lepší byste asi jen těžko hledali.