Grafeenil, ühe aatomkihi paksusel meekärje struktuuriga süsiniku võrestikul on potentsiaali leida tulevikus kasutust raadiotes, arvutites, telefonides ning muudes elektroonikaseadmetes. Kuid selle rakendamist takistab fakt, et pool-metallilisel grafeenil puudub keelutsoon, mistõttu ei saa seda hästi kasutada kui pooljuhti, et võimendada või lülitada elektroonilisi signaale.
Kuigi grafeenlehekesi nanoribadeks lõigates võib tekitada suurema keelutsooni ning seeläbi seadmete töövõimet parandada, on nanoribadest valmistatud seadmetel tüüriv vool piiratud ning praktikas oleks selliste seadmete konstrueerimiseks tarvis toota suures koguses tihedasti üksteise kõrvale asetatud nanoribade komplekte. Selline protsess on aga veel saavutamata.
UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science’i tehnika ning materjaliteaduse professor Yu Huang on aga koostöös oma uurimisgrupi ja UCLA keemiaprofessori Xiangfeng Duan‘iga grafeeniga seotud väljakutsetele ehk uue lahenduse leidnud.
Ajakirja Nature Nanotechnology märtsikuises väljaandes ilmuvas artiklis kirjeldab Huang‘i töörühm uue grafeenist koosneva nanostruktuuri – grafeen-nanovõrgu(GNM) – valmistamist. Uus struktuur võimaldab tekitada suures grafeenlehes keelutsooni, et luua väga ühtlane ja õhuke pooljuhtkiht, mida on võimalik töödelda standardsete pooljuhttöötlus meetoditega.
,,Nanovõrgu valmistamiseks tuleb grafeenkihti(desse) torgata tihedasti üksteise kõrval paiknevate ridadena augud, kasutatades õhukest isevalmistatud kopolümeerist kilet kui katvat šablooni,” lausus Huang.
Nanovõrgul võib olla erinevaid perioodilisusi, see tähendab kaugusi kahe kõrvutiasetseva nanoaugu keskpunktide vahel. Minimaalne kaugus kahe naaberaugu servade vahel on aga kõigest 5 nanomeetrit.
Võimalus ise valida nanovõrgu perioodilisust ning kaugust kahe naaberaugu servade vahel on nanovõrgu elektrooniliste omaduste reguleerimise osas väga oluline, sest laengute kandmise omadused sõltuvad paljuski kriitilise voolu trajektooride arvust ning laiusest.
Huang‘i töörühm on selliseid nanovõrke pooljuhtkanalitena kasutades demonstreerinud toatemperatuuril funktsioneerivaid transistoreid, mis suudavad kannatada ligi 100 korda suuremaid voolutugevusi kui üksikutest grafeen-nanoribadest koosnevad seadmed, kuid millede sisse-väljalülitussuhted on võrreldavad. Sisse-väljalülitussuhe on suhe voolude vahel, mis läbivad seadet kui see on kas sisse või välja lülitatud. Üldjuhul näitab see ära kui efektiivselt on võimalik transistorit sisse ja välja lülitada.
Teadlased demonstreerisid ka, et varieerides kaugust kahe kõrvutiasetseva nanoaugu servade vahel on võimalik sisse-väljalülitussuhet muuta.
,,Grafeen-nanovõrgu abil on võimalik lahendada mitmeid kriitilisi probleeme seoses grafeeniga, samuti kaovad ära mitmed tootmisega seotud küsimused,,” ütles Huang. ,,Seoses hiljutiste edusammudega grafeeni ‘kasvatamisel’ suuremõõtmelisele alusmaterjalile on nanovõrgu kontseptsioonil potentsiaali teha võimalikuks ühtlane ja õhuke pooljuhtkiht, mida oleks võimalik kasutada integreeritud seadmete ning vooluringide tootmiseks, kus seadme mõõtmeid ning juhtivusvoolu suurust on võimalik eelistuste kohaselt muuta.
,,Seega on grafeen-nanovõrgu kontseptsioon teerajajaks grafeeni praktilistele rakendustele pooljuhtmaterjalina tuleviku elektroonikaseadmetes. Grafeen-nanovõrgu ainulaadne struktuur ning elektroonilised omadusted võivad tulevikus avada uksed ka uutele võimalustele ülitundlike biosensorite ning järgmise spintroonika( http://en.wikipedia.org/wiki/Spintronics ) generatsiooni vallas, alustades magnetsensoritest ja lõpetades mäluseadmetega,” ütles ta.
Leave a Reply