Elektronik forskare älskar grafen. En två-dimensionell blad av kol en atom tjockt, är grafen som en motorväg för elektroner, som raketen igenom materialet med 100 gånger rörlighet de har i kisel.
Men att skapa grafen-baserade enheter kommer att bli utmanande, säger forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST), eftersom nya mätningar visar att skiktning grafen på ett substrat förvandlar sina livliga speedway i branta kullar och dalar som gör det svårare för elektronerna att ta sig runt.
I en ny artikel i Nature Physics, NIST forskare säger också att grafen kan vara ett idealiskt medium för sondering växelverkan mellan elektriska ledare och isolatorer med hjälp av en Sveptunnelmikroskop (STM).
Enligt NIST Fellow Joseph Stroscio, grafén idealiska egenskaperna är endast tillgängliga när den är isolerad från omgivningen.
"För att få mest nytta av grafen, måste vi förstå fullt ut hur grafen egenskaper förändras när de sätts i verkliga förhållanden, som en del av en enhet där den är i kontakt med andra typer av material", Stroscio säger.
Typiska halvledarkretsar är en komplicerad "sandwich" av omväxlande ledande, halvledande och isolerande skikt och strukturer. Att utföra sina experiment gjorde NIST-gruppen sin egen smörgås med en enda atom ark med grafen och en annan ledare separerade av ett isolerande skikt. När botten ledaren är laddat, förmår den en likvärdig och motsatt laddning i grafen.
Granskas enligt en STM, som är känslig för de laddade tillståndet i grafen bör hög elektron mobilitet gör grafen ser ut som en formlös plan. Men, säger NIST forskare Nikolai Zhitenev, "Vad vi funnit är att variationer i den elektriska potentialen i isolerande substrat är att avbryta banor elektronerna i grafen, vilket skapar brunnar där elektronerna poolen och minska deras rörlighet."
Denna effekt är särskilt uttalad när gruppen utsätter underlaget monterade grafen för höga magnetfält. Då elektroner, redan gjort trög av substrat interaktioner, saknar energi att skala berg av motstånd och bosätta sig i isolerade fickor av "quantum dots", nanometernivå regioner som begränsar laddningar i alla riktningar.
Det är inte bara dåliga nyheter. Direkt tillgång till grafen med en skannad sond gör det också möjligt att undersöka fysiken i annat underlag interaktioner på en nanoskopiska skala, något som är mindre möjligt i konventionella halvledarkomponenter där viktiga transporter lagren är begravda under ytan.
"Vanligtvis kan vi inte studera isolatorer på atomär skala", säger Stroscio. "STM arbetar med ett slutet kretslopp som håller en konstant tunnel ström genom att justera tips prov avstånd. På en isolator finns det ingen aktuell tillgänglig, så att systemet kommer att hålla trycka spetsen närmare underlaget tills det till slut kraschar in i yta. grafen låter oss komma nära nog för dessa substrat material för att studera deras elektriska egenskaper, men inte så nära att vi skadar substrat och instrument. "
Källa: http://www.nist.gov/