關於 Graphene 電子結構的醒目的新的詳細資料

Published on May 20, 2010 at 8:25 PM

從事在先進的光源的科學家 (ALS)在美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室濃厚發現了關於 graphene 電子結構的進攻的新的詳細資料,碳水晶頁一個原子。 ALS 的亞倫 Bostwick 和 Eli 導致的一個國際小組 Rotenberg 發現綜合微粒稱 plasmarons 作用在確定 graphene 的屬性的重要作用。

「graphene 有趣屬性是全部集體的現象」, ALS 高級職員科學家說 Rotenberg,負責對科學程序在 ALS beamline 7,其中這個工作進行了。 「Graphene 的真的電子結構不可能瞭解不瞭解電子的許多複雜交往與其他微粒的」。

plasmaron 交往,濃厚碳一原子頁一個理論模型在 graphene 的。

在 graphene 的電載流子是負電子和正漏洞,反之是受胞質基因密度動擺的影響的移動像聲波通過 「液體」在材料的所有電子。 plasmaron 是一個綜合微粒,電荷載流子加上胞質基因。

「雖然 plasmarons 理論上 20世紀 60年代末建議,并且找到了間接證據的他們,我們的工作是他們在 graphene 的明顯的能帶的第一觀察,或者的確在任何材料」, Rotenberg 說。

計算機或許,當 graphene 可以為 「plasmonics」用於建立計算機多甚而超速的室溫的數量各種各樣的其他工具和應用時,瞭解在這种三的關係微粒充電承運人中,胞質基因,和 plasmarons 可以催促日。

奇怪的 graphene 獲得陌生人

「Graphene 沒有帶隙」,主要作者說 Bostwick、研究科學家 beamline 的 7.0.1 和這個研究的。 「在中立 graphene、被裝載的化學價範圍和空的傳導帶通常範圍空白繪製顯示作為二個錐體,見面在他們的技巧在稱 Dirac 橫穿的點」。

Graphene 在 Dirac 橫穿移動附近是唯一的電子,好像他們沒有質量,移動以一大部分光速。 胞質基因耦合直接地對這些元電荷。 他們的頻率高於常規電子頻率可能到達 100 兆轉每秒 (100 terahertz, 100 THz) - 在今天計算機的,典型地運行在大約一些十億轉每秒 (一些千兆赫, GHz)。

胞質基因可能由光子,光微粒也激發,從外部來源。 Photonics 是包括對信息處理的光的控制和使用的域; 胞質基因可以通過在 nanoscale 評定的通道處理 (儀表的 billionths),小於在常規光子的設備。

并且從密度 graphene 的可能容易地影響電載流子,它是直接的調整 graphene nanostructures 電子屬性。 对這些和其他原因, Bostwick 說, 「graphene 是更小,更加快速的合併電子和 photonics 的設備nanoscale plasmonic 設備的一名有為的候選人」。

graphene 的簡單的圓錐形範圍的然而通常照片不是一個圓滿的描述,; 反而它是一張被理想化的照片 「露出」電子。 不僅電子 (和漏洞) 彼此連續配合,并且其他實體,傳統範圍空白生動描述不能預測 Bostwick 和他的合作者顯示的最近被發現的 plasmarons。

這個小組在 「plasmarons 的觀察報告他們的發現并且討論涵義在類似自由突出被摻雜的 graphene 的」,由亞倫 Bostwick, Florian 斑點,托馬斯 Seyller, Karsten 墊鐵, Marco Polini,禮薩 Asgari,科學的 5月 21日 2010 問題的亞倫 H. MacDonald 和 Eli Rotenberg,可以在網上進行對用戶。

Graphene 是最熟悉作為組成石墨的各自的層,碳的鉛筆線索表單; 什麼使石墨軟,并且好潤滑劑是單一原子層容易地下滑在互相,他們的原子嚴格結合在飛機,但是弱被結合在飛機之間。 從 20 世紀 80 年代, graphene 頁是可捲起的到碳 nanotubes 或被關閉的 buckyball 球體。 理論家長期懷疑唯一 graphene 頁在他們自己可能存在,除非堆積或關閉。

然後在 2004 唯一 graphene 頁查出,并且 graphene 從那以後用於許多實驗。 在真空暫停的 Graphene 頁不為 Bostwick 和 Rotenberg 進行在 ALS beamline 7.0.1 的這种電子研究運作。 他們使用叫作角度解決的光射分光學的一個技術 (ARPES); 对 ARPES,這個範例的表面一定是平面的。 獨立 graphene 很少是平面的; 最好它類似於一個被弄皺的床單。

使用畫的電子綜合微粒的圖像

「其中一個最佳的方式生長 graphene 一塊平板是通過加熱碳化硅水晶」, Rotenberg 說, 「并且它發生我們的德國同事從 Erlangen 大學和 Karsten 墊鐵的托馬斯 Seyller 從弗里茨 Haber 學院在柏林是專家在與碳化硅一起使用。 當硅從表面後退它離開一塊碳層」。

使用做這樣的平面的 graphene,研究員希望由 ARPES 學習 graphene 的固有特性。 首先軟x射線射線從 ALS 的從 graphene (光射) 自由電子。 然後通過評定這個散發的電子的方向 (角度) 和速度,這個實驗收回他們的能源和動力; 範圍漸增散發的電子傳輸直接地在一臺二維探測器上。

這個結果是電子創建的電子範圍的圖像。 一旦 graphene,這張照片是通過被塑造的 x,橫截剪切二個圓錐形範圍。

「在我們與 graphene 的最初的實驗,我們懷疑 ARPES 配電器不是相當一樣簡單的,像二錐體,被建議的僅有電子設計」, Rotenberg 說。 「在那裡看來的低分辨率是在範圍的糾纏在 Dirac 橫穿」。 由於確實沒有這樣事情作為一個僅有的電子,研究員想知道此模糊是否是由散發胞質基因的載流子造成的。

「但是理論家認為我們應該看到更加嚴格的作用」,說 Rotenberg, 「并且,因此我們想知道這個基體是否影響物理。 單層基於碳化硅基體的碳原子不是相同的像獨立 graphene」。

硅碳化物基體可能原則上減弱充電之間的交往在 graphene (在多數基體 graphene 電子屬性被干擾,并且 plasmonic 作用不可能被觀察)。 所以這個小組介紹與基礎碳化硅結合,查出從這個基體的 graphene 層和減少其影響的氫原子。 現在 graphene 影片是足够平展學習與 ARPES,但是充分地查出顯示其內在交往。

ARPES 得到的圖像實際上反射在電子的光射以後被忘記的漏洞的動力。 興奮漏洞壽命和質量嚴格是受分散從其他勵磁支配例如聲子 (原子的振動在晶格的),或者通過創建新的電子漏洞配對。

「一旦 graphene,這個電子可能忘記或者一個普通的漏洞或漏洞一定對胞質基因 plasmaron」, Rotenberg 說。

採取一起,交往顯著影響 ARPES 光譜。 當研究員存款在碳原子上面層的鉀原子添加額外的電子到 graphene, Dirac 橫穿區域的一張詳細 ARPES 照片湧現了。 它顯示 graphene 能帶在三個安排克服,沒有一。

普通的漏洞有見面在單點的二個圓錐形範圍,正在這個僅有電子,非配合的照片。 但是另一個對圓錐形範圍, plasmaron 範圍,見面在第二,更低的 Dirac 橫穿。 在這些橫穿之間位於環形漏洞和 plasmaron 範圍克服的地方。

「由他們的本質,胞質基因嚴格耦合對光子,承諾操作的光新的方式在 nanostructures,提升 plasmonics 的域」, Rotenberg 說。 「現在我們知道胞質基因嚴格耦合對在 graphene 的載流子,建議 graphene 可能有一個重要角色使用在合併的電子領域, photonics 和在 nanoscale 的 plasmonics」。

此研究由科學母鹿辦公室支持。

Last Update: 25. January 2012 21:30

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