Uued teadmised grafeeni-metalli vastastikmõjudest

[alter]

Hiljutise uurimistöö käigus leidsid teadlased Brookhaven National Laboratory’st mitmeid hämmastavaid detaile grafeeni elektriliste ja optiliste omaduste kohta jälgides grafeeni kiht-kihi haaval ‘kasvamist.’ Tänu nende uurimusele võib grafeenist saada materjal, mida kasutatakse tulevikus arvutite, digitaalsete ekraanide ja elektrooniliste sensorite väljatöötamisel.


Ruteeniumile kasvatatud grafeeni kaksikkihi elektrontsoonide mõõtmised.

,,Grafeen on materjal millel on tõesti potentsiaali asendada elektroonikatööstuses kasutatavat räni,” lausus Peter Sutter, materjaliteadlane Brookhaveni Rakenduslike Nanomaterjalide Keskusest. ,,See on õhuke, läbipaistev, tugev ning hästi voolu juhtiv – kõik väga olulised omadused kõigele, mis seotud arvutikiipide, puutetundlike ekraanide ja päikesepatareidega.”

Teadlaste jaoks on üheks suurimaks väljakutseks nuputada välja viis grafeeni masstootmiseks. Lihtsaimaks viisiks on grafiidist üksikute grafeenlehtede ‘mahakraapimine,’ kuid selle meetodiga saadakse ainult väikesed, sakiliste äärtega lehekesed, mis on enamiku rakenduste jaoks sobimatud.

Sutteri töögrupp Brookhavenis kasvatab grafeeni metallsubstraadil – meetod, mille abil on võimalik valmistada suuri ühekihilisi lehekesi väga laial aluspinnal(tuhandeid kordi suuremad kui tükid, mis saadud ‘kraapimismeetodil’). Selleks kuumutatakse esmalt üksik ruteeniumi kristall temperatuurile, mis ületab 1000 kraadi Celsiust, ning lastakse sellele süsinikurikast gaasi. Kõrgetel temperatuuridel täidavad süsiniku aatomid tühjad kohad metallikristallis. Kui nüüd kristalli aeglaselt jahutada, lükatakse süsinikuaatomid metalli pinnale, kus nad moodustavad üksikuid grafeeni kihte. Tekkivate kihtide arvu on võimalik kontrolli all hoida, jälgides algselt ruteeniumkristalli imenduvate süsiniku aatomite hulka.

,,Üks selle meetodi unikaalseid omadusi on, et me saame materjali paksust kontrolli all hoida, kasvatades grafeeni kiht kihi haaval,” lausus Sutter. ,,Tänu sellele on meil võimalik olnud jälgida kuidas grafeeni struktuur ning elektrilised omadused muutuvad lisades substraadile ükshaaval kihte juurde.”

Ajakirjas Nano Letters ilmunud artiklist selgusid üllatavad tulemused. ,,Me leidsime, et kui üksik grafeenkiht kasvatatakse sellisele metallile nagu ruteenium, sidustub metall väga tugevasti süsiniku aatomitega ning muudab grafeeni tavalisi omadusi,” sõnas Sutter. ,,Need tavapärased omadused aga taastuvad järgnevates kihtides.”

,,Kui üksik grafeenkiht kasvatatakse sellisele metallile nagu ruteenium, sidustub metall väga tugevasti süsiniku aatomitega ning muudab grafeeni tavalisi omadusi.”

Teiste sõnadega: esimene ruteeniumile kasvatatud grafeenkiht küllastab metallsubstraadi, lastes järgnevatel kihtidel taastada oma tavapärased omadused.

,,Selle kasvuprotsessi tulemusena käitub kahekihiline struktuur kui isoleeritud grafeeni üksikkiht ning kolmekihiline struktuur käitub kui isoleeritud kaksikkiht.”

Teadlastegrupi, kuhu kuuluvad lisaks Mark Hybertsen, Jurek Sadowski ning Eli Sutter, avastus paneb aluse tuleviku grafeenitootmisele keeruliste tehnoloogiate tarbeks ning aitab teadlastel mõista, kuidas metallid muudavad grafeeni omadusi.

Loe lisaks:

Teadusartikkel: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl901040v

Artikkel lehel physorg.com: http://www.physorg.com/news189413854.html

Allikas: http://www.fyysika.ee/uudised/?p=2536