Hetkel on grafeen tõenäoliselt enim uuritav uus materjalisüsteem kogu maailmas. Selle hämmastavate mehaaniliste, keemiliste ning elektrooniliste omaduste tõttu oleks seda võimalik tulevikus rakendada paljudel aladel, näiteks mikroelektroonikas. Elektronidel on grafeenis eriti suur liikumisvabadus ning seetõttu võiks grafeen olla praegu kiirete arvutikiipide tootmisel kasutatava räni aseaineks.
Jääkreaktsioon silikoonkarbiidi substraadiga põhjustab kuueharulise kaasrefleksstruktuuri. Pilt: Christoph Tegenkamp, Leibniz Univerity Hanover
Teadusliku koostööna uurisid Hanoveri Leibnizi Ülikooli ning Füüsika-Tehnika Instituudi(Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB) teadlased konarliku aluspinna mõju grafeenkihi elektroonilistele omadustele. Nende tulemustest järeldub, et lähitulevikus saab olema võimalik hoida plasmone, elektronide ühisvõnkumisi, kontrolli all, misläbi tekiks nende ette rida kühme ning eendeid. Uurimuse tulemused avaldati viimases New Journal of Physics väljaandes.
Grafeeni struktuur on juba iseenesest huvitav: see koosneb kõigest ühest süsiniku aatomite kihist. Sellise üliõhukese kihi kõrgekvaliteediline tootmine on aga suureks väljakutseks. Üheks võimalikuks viisiks sadestada grafeeni isoleerivale substraadile on epitaksia ehk kontrollitav grafeeni kasv isoleerivale ränikarbiidile. Selleks kuumutatakse ränikarbiidi kristalli vaakumis. Alates kindlast temperatuurist liiguvad süsiniku aatomid kristalli pinnale ning moodustavad ränikarbiidi pinnale üheaatomilise kihi – grafeeni. Hilisemate rakenduste seisukohast on aga tähtis teada ränikarbiidi pinnadefektide mõju selle pinnale kasvatatud grafeeni elektroonilistele omadustele.
PTB ning Hanoveri Leibnizi Ülikooli teadlased just seda mõju uurisidki. Uurimustöö käigus pöörati erilist tähelepanu pinnadefektide mõjule ühele kindlat tüüpi elektronide ergastusele – plasmonitele.
Kasutades erinevaid näidiseid uuriti esmalt erineva pinnakaredusega ja sellest tulenevalt erineva hulga pinnadefektidega ränikarbiidi kristalle, millede pindadele hiljem grafeen moodustus. Defektide mõju plasmon-ergastusele uuriti kasutades madalaenergeetiliste elektronide difraktsiooni(SPA-LEED) ning energiakadude spektroskoopiat.
Uurimuse tulemused näitasid plasmonite eluea tugevat sõltuvust pinnakvaliteedist. Järskudest äärtest ning teralistest piiridest põhjustatud defektid takistavad tugevasti plasmonite levikut ning vähendavad drastiliselt ka nende eluiga. Siinkohal on aga tähelepanuväärne, et plasmonite muud elektroonilised omadused, eelkõige dispersioon ehk hajumine, jäid praktiliselt muutumatuks.
Need teadmised avavad ukse plasmonite uutele huvitavatele rakendustele tuleviku tehnikas ning kasutusvõimalustele grafeenis. Selektiivselt pinnakaredust reguleerides oleks võimalik grafeenis tekitada erinevaid piire, mille ulatuses plasmonid vastavalt kas pidurduvad tugevalt või levivad segamatult. Sel moel saaks panna plasmonid liikuma mööda väikese pinnakaredusega plasmonjuhte ühelt grafeenkiibilt teisele.
Allikas:
Artikkel lehel physorg.com: http://www.physorg.com/news190893404.html
Lisaks:
Teadusartikkel: http://iopscience.iop.org/1367-2630/12/3/033017/
Leave a Reply