Arizona Osariigi Ülikooli Biodisaini Instituudi teadlane Nongjian Tao töötas välja uue meetodi grafeeni valmistamiseks, mis aitab kaasa materjali kasutuselevõtule ülikiiretes elektroonikaseadmetes.
Koostöös kaasteadlastega Saksamaa Max Plancki Instituudist, Utah ning Pekingi Tsinghua Ülikoolist valmistas Tao kolmeteistkümnest benseenrõngast koosneva grafeentransistori, vahendab physorg.com.
Dr. Nongjian Tao. Pilt: Arizona Osariigi Ülikooli Biodisaini Instituut
Siiani on grafeeni saamiseks eelistatud kaht meetodit: üksiku grafeenkihi ‘mahakoorimist’ grafiidilt kleepuva materjali abil või grafeenikristallide kasvatamist substraadile, näiteks ränikarbiidile. Mõlema meetodi korral tuleb aga sobiva transistori valmistamiseks ületada grafeeni sisemise omaduse probleem. ,,Transistor on põhimõtteliselt lüliti – seda saab lülitada sisse ja välja. Grafeentransistor on küll ülikiire, kuid selle sisse-väljalülitusvahemik on väga väike,” selgitab Tao. Seda põhjusel, et grafeeni puhul on keelutsooni laius null.
Keelutsooni laiuse ning sisse-väljalülitusvahemiku suurendamiseks tuleb suuremad grafeenlehed lõigata nanomõõtmetega tükkideks. Sellise protsessi läbiviimine tekitab valents- ja juhtivustsooni vahele keelutsooni ning suurendab sisse-väljalülituse suhet, ent materjalitüki suuruse vähendamine läheb ka midagi maksma. Protsess on töödnõudev ning põhjustab materjali kujus ebaühtlusi ning ebapuhtusi selle keemilises koostises.
Tao töörühm kasutas aga materjali kasvatamist molekul molekuli haaval. Selleks tugines Tao benseenrõngaste keemilisele sünteesile. ,,Tavapäraselt on benseen isoleeriv materjal,” sõnas ta. Ent mida rohkem benseenrõngaid omavahel ühineb, seda enam muutub materjali käitumine sarnasemaks pooljuhi omaga.
Seesuguse protsessi abil suutsid teadlased sünteesida koroneeni molekuli, mis koosneb kolmeteistkümnest korrapäraselt paigutunud benseenrõngast. Seejärel lisati molekuli mõlemasse otsa keemiliselt sidustuvad rühmad, millede abil molekul elektroodidele kinnitub, moodustades nii nanoskaalas vooluringi. Seejärel pandi vooluskeem pinge alla ning jälgiti molekuli käitumist. Uuel struktuuril ilmnesid transistori omadused, mis näitasid sisse- ja väljalülituste olemasolu.
Tao sõnul lubab keemilise sünteesi protsess struktuuride täpset modifitseerimist selle suuruse, kuju ning struktuuri osas, tehes sellest masstootmise jaoks eelismeetodi. Lisaks on valmiv grafeen ilma defektide ja ebapuhtusteta, tänu millele väheneb laengukandjate hajuvus ning suureneb aine läbimise kiirus.
Tavapärastes seadmetes on takistus võrdeline temperatuuriga, Tao ja tema koostööpartnerite valmistatud grafeentransistoris toimub elektronide liikumine aga tänu kvantfüüsikas tuntud tunnelefektile ning pole temperatuurist sõltuvuses. See näitab, et protsess on koherentne.
Töörühm loodab grafeenstruktuuri mõõtmeid keemilise sünteesi abil suurendada kuni sadade rõngasteni, hoides sisse-väljalülituse jaoks alles keelutsooni piisav laius. Uurimus avab mitmed uusi uksi grafeeni tulevikurakenduste jaoks ülikiirete elektroonikaseadmete uues generatsioonis.
Teadusartikkel “Gate-controlled electron transport in coronenes as a bottom-up approach towards graphene transistors“
Leave a Reply