,,Üks lootusi, mis inimestel grafeeni suhtes on, on selle kasutamine elektroonikaseadmetes. Selles nähakse potentsiaalset räni asemikku, seda just tänu selle unikaalsetele omadustele,” sõnas Herb Fertig. Grafeen on hea voolujuht ning seda on kerge jahutada, mistõttu oleks see ideaalne pidevalt vähenevate mõõtmetega elektroonikaseadmetes kasutamiseks. Siiski on teadlastel grafeeni omadustest veel palju teada saada, kaasa arvatud tähtis oskus elektronide voolu kontrollida. ,,Ränis on olemas keelutsoon, mida saab elektronide liikumise kontrollimiseks ära kasutada. Grafeen on hea juht, kuid elektronide juhtimise võimalustest on vähe teada,” lisas Fertig.
Grafeenleht. Pilt: Lawrence Berkeley National Laboratory
Eesmärgiga paremini grafeeni omadusi tundma õppida töötasid teadlased Herb Fertig ja Jianhui Wang Indiana Ülikoolist koos professor Ganpathy Murthy’ga Kentucky Ülikoolist välja analüütilised arvutusmeetodid, mis grafeenis toimuvat seletaks. Vastav artikkel ilmus ajakirjas Physical Review Letters pealkirjaga “Critical Behaviour in Graphene with Coulomb Interactions.”
Enamikes süsteemides esineb faasiüleminekute ajal kriitiline hetk, mille jooksul aine olek on imelik ning kus samal ajal eksisteerivad mitmed pikkusskaalad. Selline käitumine on kriitilisel hetkel omane igale süsteemile. Arvutused aga näitavad, et grafeenis esineb selline käitumine isegi kriitilise olukorra puudumiseta. See peaks olema alaliselt olemas, seda tänu vastastikmõjudele. Siiani on sellist käitumist raske tabada olnud. Enamus grafeeni käitumist kirjeldavaid mudeleid ignoreerivad elektronidevahelisi vastastikmõjusid. ,,See on suur müsteerium, sest arvutused näitavad, et elektronidevahelised vastastikmõjud võivad grafeenis vägagi olulisteks osutuda. Samuti on arvutuste kohaselt potentsiaalne energia väga kõrge, kuid selle efekte ei pruugi märgata olla,” seletas Fertig.
Fertig ja kolleegid loodavad, et oskus mõõta kriitlist käitumist grafeenis aitaks teadlastel lahendada nii mõngingaidki grafeeniga seotud küsimusi. ,,Meie arvutused näitavad, et kui vaadata õigesse kohta, siis on võimalik näha seda kriitilist olekut, kus grafeen käitub nagu oleks ta parasjagu faasiüleminekul,” lisas Fertig. Fertigi, Wangi ning Murthy arvutused näitavad, et sellist käitumist on võimalik näha mõõtes elektronide tihedust grafeenis leiduvate nn. ebapuhtuste läheduses.
Fertig lisas: ,,Ebapuhtusi grafeenis pole võimalik vältida. Need tekivad sinna alati. Elektronid reageerivad seesuguste ebapuhtustega. Kui vaadata laenguta jaotumist selle ümber, peaks see peegeldama kriitilist käitumist. Seda peaks olema võimalik näha skaneeriva mikroskoopia abil.”
Skaneerivat mikroskoopiat kasutatakse nanostruktuuride uurimiseks ning nendega on nähtud ka ebapuhtusi. Ent sellisel meetodil saadud kujutised ei ole piisava resolutsiooniga. Siiski eksisteerib piisavalt hea resolutsiooniga mikroskoope, mida pole lihtsalt veel grafeenis esinevate ebapuhtuste uurimiseks kasutatud.
Fertigi arvab, et kui teadlased tõesti näeksid kriitilist käitumist grafeenis, võiks see vastata mitmetele olulistele küsimustele selle materjali kohta. ,,Kui me näeks mingitki tõestust vastastikmõjudest grafeenis ning mõistaksime miks neid on siiani nii raske märgata olnud, võiks see tekitada uusi võimalusi kontrollimaks grafeeni elektroonilisi omadusi.” sõnas Fertig. See aga tähendaks, et püüdlused asendada räni grafeeniga oleks reaalsusele samm lähemal.
Leave a Reply