Znajdź zawartość

Grafen ma wiele zalet, ale też i jedną bardzo poważną wadę - nie występuje w nim pasmo wzbronione, bez którego jest nieprzydatny do zastosowań w elektronice. Dlatego też poszukiwana jest odpowiednia metoda tworzenia tego pasma. W półprzewodnikach występuje region energetyczny, zwany pasmem wzbronionym, gdzie nie są dostępne żadne stany elektroniczne [poziomy energetyczne - red.]. Mówi się, że gęstość nośnika wynosi tam zero. Jeśli mamy urządzenie podłączone do dwóch elektrod i występuje w nim pasmo wzbronione, to możemy spowodować, by płynął przez nie prąd o minimalnym napięciu. Brak pasma wzbronionego w grafenie oznacza, że nie można go „wyłączać". A to właśnie dzięki temu, iż możemy „włączać" i „wyłączać" prąd, możemy też kodować informacje w postaci 0 i 1. To wyjaśnia, dlaczego brak pasma wzbronionego to poważny wada, uniemożliwiające zastosowanie tego wyjątkowego materiału w wielu miejscach - mówi Foa Torres z Universidad Nacional de Cordoba w Argentynie. Torres i jego zespół, po przeanalizowaniu sposobu, w jaki laser wpływa na elektrony w grafenie, doszli do wniosku, że oświetlenie go światłem w średnich zakresach podczerwieni utworzy w nim pasmo wzbronione. Co więcej, jego właściwości można dobrać za pomocą polaryzacji światła. Wyobraźmy sobie elektron, który przesuwa się z lewej strony na prawą, w kierunku obszaru oświetlonego przez laser. Elektron wchodzi w interakcję z radiacją lasera, emitując lub absorbując fotony. Ta interakcja powoduje, że elektron jest odbijany lub rozpraszany, tak jakby trafił na ścianę - tutaj jest to pasmo wzbronione. W przeciwieństwie do normalnych pasm wzbronionych to jest tworzone dynamicznie - mówi Torres. Jego zdaniem interakcja pomiędzy strukturą grafenu a laserem daje nadzieję na uzyskanie egzotycznych stanów materii, takich jak izolatory topologiczne. Uczony uważa też, że wprowadzane laserowo pasmo wzbronione pozwoli na tworzenie nowych urządzenie optoelektronicznych. Tera Torres i jego współpracownicy chcą przeprowadzić eksperymenty, które mają zweryfikować prawdziwość ich założeń. Ich przeprowadzenie powinno być tym łatwiejsze, że z Argentyńczykami skontaktowały się już dwie znane grupy badawcze z USA i Hiszpanii, które są zainteresowane ich teorią. Drzwi zostały otwarte. Teraz wkraczamy na obiecującą terra incognita - mówi Torres.

Specjaliści z IBM-a otworzyli pasmo wzbronione w tranzystorze polowym (FET) wykonanym z grafenu, pokonując tym samym jedną z ostatnich przeszkód na drodze do skomercjalizowania grafenowej elektroniki. Ich grafenowy FET, jak zapewniają, będzie w przyszłości mógł konkurować z tranzystorami CMOS. W grafenie w sposób naturalny nie występuje energetyczne pasmo wzbronione, które jest potrzebne do większości zastosowań elektronicznych. Możemy ogłosić, że otworzyliśmy pasmo o wartości do 130 meV w naszym dwuwarstwowym grafenowym tranzystorze polowym. Z pewnością można osiągnąć też pasma o wyższych wartościach - powiedział Phaedon Avouris z IBM-a. Otwarcie pasma pozwala na zastosowanie grafenu w elektronice oraz optoelektronice. Brak pasma wzbronionego w grafenie powoduje, że, pomimo iż ruchliwość elektronów w tym materiale jest znacznie wyższa niż w krzemie, to współczynnik on/off wynosi w nich zaledwie 10, podczas gdy w krzemie jest liczony w setkach. IBM poinformował, że po otwarciu pasma w temperaturze pokojowej udało się osiągnąć w grafenie współczynnik bliski 100, a gdy urządzenie jest schłodzone wzrasta on do 2000. Ekspertom udało się to wszytko osiągnąć głównie dzięki odizolowaniu bramki za pomocą polimeru. To zredukowało rozpraszanie elektronów, prowadząc do zwiększenia współczynnika on/off. Teraz badacze IBM-a rozpoczynają prace nad zmniejszeniem grubości warstwy izolującej, otwarciem szerszego pasma wzbronionego i zwiększeniem współczynnika on/off.