Slå Nytt Specificerar Om det Elektroniskt Strukturerar av Graphene

Published on May 20, 2010 at 8:25 PM

Forskare som är funktionsdugliga på den Avancerade Ljusa Källan (ALS) på U.S.-Avdelningen av Energis Laboratoriumet för den Lawrence Berkeley Medborgare har upptäckt att slå nytt specificerar om det elektroniskt strukturerar av graphene, crystalline täcker av kol precis en atom tjockt. Ett landskamplag ledde vid Aaron Bostwick, och Eli Rotenberg av ALSEN grundar att sammansatt partiklar som kallas plasmarons leker en livsviktig roll i att bestämma graphenes rekvisita.

”Är den intressant rekvisitan av graphene alla kollektiva fenomen,” något att säga Rotenberg, en ALS-pensionär bemannar forskareansvariga för det vetenskapliga programet på ALS-beamline 7, var arbetet utfördes. ”Graphenes strukturerar riktiga elektroniska kan inte förstås utan överenskommelse många komplexa växelverkan av elektroner med andra partiklar.”,

Ett teoretiskt modellerar av plasmaronväxelverkan i graphene, täcker av atomen för kol ett tjockt.

De elektriska laddningsbärarna i graphene är negationelektroner, och realiteten spela golfboll i hål, som påverkas i sin tur av plasmons-täthet svängningar, som den solida flyttningnågot liknande vinkar till och med ”flytanden” allra elektronerna i det materiellt. En plasmaron är en sammansatt partikel, en laddningsbärare som kopplas ihop med en plasmon.

Och indirekt bevisa av dem har funnits, ”Även Om plasmarons var föreslagna teoretiskt i den sena 60-tal, är vårt arbete den första observationen av deras distinkt energimusikband i graphene eller sannerligen i något materiellt,” Rotenberg något att säga.

Överenskommelse förhållandena bland dessa tre sorter av denladdning bärare, plasmons och plasmarons-maj skyndar dagen, då graphene kan användas för ”plasmonics” för att bygga ultrafast för rumstemperaturquantum för datorer-kanske även dator-plus som en lång räcka av annan bearbetar och applikationer.

Konstig graphene får främlingen

”Har leder Graphene inget musikbandmellanrum,” något att säga Bostwick, en forskningforskare på beamline 7.0.1 och författare av studien. ”På det vanliga musikband-Gap diagrammet av frilägegraphene, det fyllda valencemusikbandet och det tomma ledningsmusikbandet visas som två kottar, som möter på deras spetsar på en peka som kallas den Dirac korsningen.”,

Graphene är unika däri elektroner nära den Dirac korsningen flyttningen som, om de har inget att samlas och att resa på ett viktigt del av rusa av ljust. Plasmons kopplar ihop direkt till dessa elementära laddningar. Deras frekvenser kan ne 100 som triljonen cyklar per understöder (100 terahertz, 100 THz) - mycket higher än frekvensen av konventionell elektronik i dagens datorer, som fungera typisk på omkring några miljard cyklar per understöder (några gigahertz, GHz).

Plasmons kan också vara upphetsada vid fotoner, partiklar av ljust, från yttre källor. Photonics är sätta in som inkluderar kontrollera och bruket av ljust för att bearbeta för information; plasmons kan riktas kanaliserar igenom mätt på nanoscalen (billionths av en mäta) som mycket är mindre än i konventionella photonic apparater.

Och sedan tätheten av graphenes elektriska laddningsbärare kan lätt påverkas, är den rättfram att trimma den elektroniska rekvisitan av graphenenanostructures. För dessa och annat resonerar, något att säga Bostwick, ”graphene är en lova kandidat för plasmonic apparater för mycket mindre, mycket snabbare apparater-nanoscale som den sammanfogningelektronik och photonicsen.”,

De vanliga föreställer av graphenes enkla koniska musikband är inte en färdig beskrivning, emellertid; i stället är den idealized föreställer av ”gör bar” elektroner. Gör Inte endast elektroner (och spela golfboll i hål), påverkar varandra ständigt med varje annan och andra enheter, den traditionella musikband-Gap föreställer kuggningar för att förutsäga de nyligen upptäckta plasmaronsna som avslöjs av Bostwick och hans kollaboratörer.

Laget anmäler deras rön och diskuterar implikationerna i ”Observationer av plasmarons i quasi-fri-anseende dopad graphene,” vid Aaron Bostwick, den Florian Specken, Thomas Seyller, den Karsten Hornen, Marco Polini, Reza Asgari, Allan H. MacDonald, och Eli Rotenberg, i 21 Maj 2010 utfärdar av Vetenskap, tillgängligt direktanslutet till abonnenter.

Graphene är mest förtrogen vän som individlagrarna som sminkgrafiten, detbly- bildar av kol; vad gör grafiten mjuk och ett bra smörjmedel är att singel-atomen lagrarna glider klart över ett another, hyvlar deras atoms som starkt är obligations- i det plant men svagt obligations- between. Efter 80-tal täcker har graphene varit hoprullad in i kolnanotubes eller stängda buckyballspheroids. Theorists tvivlade long att singelgraphene täcker kunde finnas om inte staplat eller stängt in på dem.

Därefter i singelgraphene 2004 täcker isolerades, och graphene har efter använts i många experiment. Graphene täcker inställt in dammsuger fungerar inte för sorten av elektroniska studier som Bostwick och Rotenberg utför på ALS-beamline 7.0.1. De använder en teknik som är bekant som denlöste photoemissionspektroskopin (ARPES); för ARPES måste ytbehandla av ta prov vara lägenheten. Fristående graphene är sänker sällan; på bäst liknar den en skrynklig bedsheet.

Att Använda elektroner för att dra avbildar av sammansatt partiklar

”Täcker En av den bäst vägen att växa en lägenhet av graphene är genom att värma en kristall av silikoncarbiden,” Rotenberg något att säga, ”och det händer att våra Tyska kollegor Thomas Seyller från Universitetar av Erlangen och den Karsten Hornen från det Fritz Haber Institutet i Berlin är experter på arbetet med silikoncarbiden. Som silikonen recedes från ytbehandla, lämnar den ett singelkollagrar.”,

Genom Att Använda framlänges graphene som hitåt gjordes, hoppas forskarna, till studiegraphenes inneboende rekvisita vid ARPES. Först frigör en stråla av mjuka röntgenstrålar från ALSEN elektroner från graphenen (photoemission). Därefter genom att mäta riktningen (meta), och rusa av de sända ut elektronerna, återställer experiment deras energi och momentum; spectrumen av de växande sända ut elektronerna överförs direkt på en tvådimensionell avkännare.

Resultatet är en avbilda av de elektroniska musikbanden som skapas av elektronerna sig själv. I fallet av graphene är föreställa x som igenom formas, ettsektions- snitt de två koniska musikbanden.

”Även i våra initiala experiment med graphene, misstänkte vi, att ARPES-fördelningen inte var ganska så enkel som två-kotten, kal-elektronen modellerar möjligt,” Rotenberg något att säga. ”På låg upplösning verkade det att vara en vrida i musikbanden på den Dirac korsningen.”, Därför Att det inte finns egentligen något sådan ting som en kal elektron, undrade forskarna, om denna fuzziness orsakades av laddningsbärare som sänder ut plasmons.

”Bara theorists tänkte vi bör se att även starkare verkställer,” något att säga Rotenberg, ”och så vi undrade, om substraten påverkade fysiken. Ett singellagrar av kolatoms som vilar på en silikoncarbidesubstrate, är inte samma som fristående graphene.”,

Silikon-carbiden substraten kunde i princip försvaga växelverkan mellan laddningar i graphenen (på mest substrates den elektroniska rekvisitan av graphene störs, och det plasmonic verkställer kan inte observeras). Därför introducerade laget väteatoms som obligations- till den bakomliggande silikoncarbiden som isolerar graphenelagrar från substraten och förminskande dess påverkan. Nu filmar graphenen var lägenheten nog till studien med ARPES men som isolerar tillräckligt för att avslöja dess inneboende växelverkan.

Avbildar erhållande av ARPES reflekterar faktiskt dynamiken av spela golfboll i hål kvarlämnat efter photoemission av elektronerna. Livstiden och samlas av upphetsad spela golfboll i hål är betvingar starkt till spridningen från andra magnetiseringar liksom phonons (vibrationer av atomsna i det crystal gallret), eller, genom att skapa som är nytt, elektron-spela golfboll i hål parar.

”I fallet av graphene, kan elektronen lämna bak endera en det vanliga spela golfboll i hål eller en spela golfboll i hål som är destinerad till en plasmon-enplasmaron,” något att säga Rotenberg.

Sammantaget påverkade växelverkan dramatiskt ARPES-spectrumen. Då forskarna satte in potassiumatoms atop lagrar av kolatoms för att tillfoga extra elektroner till graphenen, föreställer en specificerad ARPES av den dök upp Dirac korsningen regionen. Den avslöjde, att energimusikbanden av graphene som är arga på tre förlägger, inte en.

Det vanliga spela golfboll i hål har två koniska musikband som möter på en singel pekar, precis, som i kal-elektronen som non-påverkar varandra föreställa. Men another parar av koniska musikband, plasmaronmusikbanden, möter på en understödja, lägre Dirac korsning. Mellan dessa korsningar lies en ringa var spela golfboll i hål och plasmaronmusikbanden korsar.

”Vid deras natur, plasmons koppla ihop starkt till fotoner, som ny väg för löften för att behandla lätt i nanostructures som ger löneförhöjning till sätta in av plasmonicsen,” Rotenberg något att säga. ”Nu vi vet, att plasmons kopplar ihop starkt till laddningsbärarna i graphene, som föreslår att graphene kan ha en viktig roll som leker i applicera sätter in av elektronik, photonicsen, och plasmonicsen på nanoscalen.”,

Denna forskning stöttades av DOEKontoret av Vetenskap.

Last Update: 26. January 2012 03:57

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit