Kasutades laiaulatuslikke superarvuti arvutusi analüüsisid teadlased hiljutises uurimuses metallkontaktide grafeenile paigutamise mõju elektronide transportimise omadustele, varieerides ühenduskoha pikkust, laiust ning suunda. Antud uurimustöö on esimene kvantitatiivne uurimus elektronide transpordist läbi metall-grafeen ühenduskoha, mis analüüsib detailselt ka varasemaid mudeleid.
Informatsioon selle kohta, mil viisil metallkontaktide paigaldamine mõjutab elektronide transporti grafeenis on oluline seda materjali uurivatele teadlastele ning samuti ka disaineritele, kes kunagi grafeenist elektroonilisi seadmeid valmistama hakkavad.
,,Grafeenseadmed peavad suhtlema välismaailmaga, mis tähendab, et me peame valmistama kontakte, mis edastaksid voolu ning andmeid,” lausus Mei-Yin Chou, Georgia Tehnikainstituudi füüsika osakonna professor ja osakonna juht. ,,Paigutades grafeenile metallkontaktid, et mõõta ülekande omadusi, peavad teadlased ja disainerid teadma, et nad ei pruugi mõõta ainult puhtale grafeenile iseloomulikke omadusi. Arvesse tuleb võtta ka kontaktide ning materjali ühenduskohta.”
Kasutades superarvutite keskustes tehtud laiaulatuslikke arvutusi, sooritas Georgia Tech’i uurimisrühm detailseid, aatomi tasemel arvutusi grafeenile sadestatud alumiiniumkontaktide mõjust. Uurimisgruppi kuuluvad doktorikraadi omandanud kandidaadid Salvador Barraza-Lopez ja Mihajlo Vanevic ning abiprofessor Markus Kindermann.
Arvutused viidi läbi kahe, üksteisest kuni 14 nanomeetri kaugusel asuva kontakti kohta. Oma arvutustes lasid teadlased alumiiniumil kasvada nii, nagu see kasvaks päriselt, ning uurisid siis, kuidas indutseeritakse elektronide ülekanne kontakte ümbritseval alal.
,,Metallkontaktidega seotud efektide uurimiseks on välja mõeldud fenomenaalseid mudeleid,” selgitas Chou. ,,Meie läksime oma kalkulatsioonidega sammu edasi, sest konstrueerisime kontaktid aatomhaaval. Ehitasime kontaktid aatomtasemel ning seda tehes lahendasime selle probleemi juba aatomite tasemel ja püüdsime teha kõike kooskõlas kvantmehaanika seadustega.”
Kinnitades grafeenile kontaktid, tekitab vabade elektronide olemasolu metallis laenguülekande. Laengut hakatakse üle kandma kohe kui kontaktid on ehitatud, kuid lõpuks materjalidevaheline olukord siiski tasakaalustub, ütles Chou.
Uurimus näitas, et laengute ülekanne klemmidel ning sealt materjali eraldiasetsevasse osasse tekitab juhtivusalas elektron-auk ebasümmeetria. Piisava pikkusega klemmides tekitab efekt kaks juhtivusmiinimumi, mis asuvad grafeeni eraldiasetsevates kuhjumispunktides – Diraci punktides.
,,Uuringu tulemused on tähtsad grafeenseadmete konstrueerimisel tulevikus,” ütles Barraza-Lopez. ,,Detailselt on uuritud ääreefekti ning nanoriba laiuse mõju, kuid kontaktil tekkiva laenguülekande toime võib olla potentsiaalselt sama tähtis.”
Uuring viidi küll läbi kasutades alumiiniumit, kuid teadlased usuvad, et saadud tulemused kehtivad ka muude metallide, näiteks vase ja kulla puhul, mis ei moodusta grafeeniga keemilisi sidemeid. Kuid sellised metallid nagu kroom ja titaan mõjutavad grafeeni keemiliselt, mis tähendab, et nende mõju elektronide transpordile grafeenis võib olla erinev.
,,Varasemad mudelid põhinevad füüsikalisel intuitsioonil, nende tõelises paikapidavuses ei saanud keegi kindel olla,” lausus Kindermann. ,,Need on esimesed arvutused, mis tõestavad varasemate mudelite paikapidavust meie uuritud süsteemide kindlates tingimustes.”
Tulevikus võiks uurimusest saadud andmed olla kasuks seadmedisaineritele grafeen-vooluringide konstrueerimisel, aidates neil mõista efekte, mida nad näevad.
,,Modifitseerides grafeeni on vaja aru saada muutustest, mida põhjustab uute ainete lisamine,” lisas Chou. ,,Selliste efektide mõistmise ning arvulise ennustuse olemasolu seisukohast on see uurimus põhjapanev. Me aitame mõista grafeeni põhilisi füüsikalisi omadusi.”
Lähemalt: http://www.physorg.com/news186226770.html
Leave a Reply