grafen.cz technický portál grafen.cz - to jsou nejen nové technologie

A+ A A-

Tranzistory BISFET a dvouvrstvý grafen

zdroj: www.freedigitalphotos.netPro 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

  • Co má společného mops nebo čivava s vlkem? Na první pohled asi skoro vůbec nic. Přesto je spojuje stejná historie. Psi všech plemen se vyvinuli z vlka. Nejnovější genetické výzkumy odhalují zajímavé detaily.

  • Jules Verne v mnoha svých románech předběhl dobu a předpověděl nejrůznější vědecké novinky. Jak ovšem prokázal knihou Ocelové město, skvělou intuici měl i v oblasti politiky a mezinárodních vztahů. Příběh německého profesora budujícího válečnou mašinérii tak až nepříjemně přesně odpovídá tomu, co se mělo v následujících desetiletích v Evropě odehrát.

  • Už za pár dní nás čeká unikátní podívaná na noční obloze. Tedy pokud bude jasno. V pátek 27. července by mělo nastat nejdelší úplné zatmění Měsíce v tomto století. Nedaleko od zatmělého Měsíce navíc vynikne neobvykle jasný Mars.

  • Výraz tváře se často označuje jako okno do duše. Nakolik četba výrazu pomáhá v psychiatrické diagnostice? Jak se výraz v mozku zpracovává?

  • Vladimír Kolařík spolu se svými spolupracovníky uvedl do života nejmenší prozařovací elektronový mikroskop na světě. Téměř 50 let byl v úzkém kontaktu s profesorem Arminem Delongem, vůdčí osobností brněnského Ústavu přístrojové techniky Akademie věd. Založil firmu, která nese jeho jméno. Kromě toho je taky členem hnutí Rotary. Více se dozvíte v dokumentu Neviditelný svět Vladimíra Kolaříka.

  • Afrika byla v 19. století v kurzu. Na její mapě stále zůstávalo mnoho neznámých míst. Černý kontinent sliboval zdánlivě nekonečnou zásobárnu nerostných surovin i lidských zdrojů. Není divu, že si ji jako dějiště pro jeden ze svých nejúspěšnějších románů vybral Jules Verne. Své hrdiny ji nechal prozkoumat bezpečně seshora, z balónu. Byl by ale vůbec přelet Afriky balónem možný? Co na zápletku říká současná fyzika?

  • Vymře jednou lidstvo? Zatím nevíme. Jisté je, že po každé epizodě velkého vymírání živočichů se otevírá prostor pro nové druhy, které se daným podmínkám lépe přizpůsobí. Až vymření dinosaurů, vládců druhohor, tak pomohlo savcům vyjít na denní světlo. Do té doby se především ukrývali v temných zákoutích, napovídají tomu vědecké studie.

  • Kdesi v zaostalé Transylvánii, zemi upírů a vyvrhelů, se nachází tajemný hrad s neznámým nájemcem. Zhmotňuje se v něm oživlý obraz krásné operní divy, bouří se vášnivá mužská srdce a dějí se podivuhodné věci. Do červené knihovny má ale Vernův Tajemný hrad v Karpatech na míle daleko. Děj je perfektně promyšlený a i z pohledu současných vědců – fyziků, geologů, muzikologů – se dají všechny zápletky logicky vysvětlit.

Copyright © 2010-2018 grafen.cz - všechna práva vyhrazena

Přihlásit nebo Registrovat

PŘIHLÁSIT SE

Registrovat

Registrace uzivatele
nebo Zrušit