Mokslininkai sukūrė metodą, leidžiantį gaminti medžiagos, vadinamos grafenu, atskirų kristalų masyvus. Šis metodas sudaro galimybę pakeisti silicį didelės galios kompiuteriuose ir elektronikoje. Grafenas yra vieno atomo storio anglies sluoksnis, kuris praleidžia elektrą su maža varža, todėl elektrai tekant negeneruojama šiluma.
Mokslininkai sukūrė metodą, leidžiantį gaminti medžiagos, vadinamos grafenu, atskirų kristalų masyvus. Šis metodas sudaro galimybę pakeisti silicį didelės galios kompiuteriuose ir elektronikoje.
Grafenas yra vieno atomo storio anglies sluoksnis, kuris praleidžia elektrą su maža varža, todėl elektrai tekant negeneruojama šiluma. Pagaminti masyvai sudarys sąlygas atsirasti naujos klasės didelio greičio tranzistoriams bei kompiuteriniams lustams, kurie naudos mažiau energijos nei dabartinė silicio pagrindu veikianti elektronika.
Nauji atradimai atveria kelius tobulinant metodus, susijusius su medžiagos atskirų kristalų gamyba dideliais kiekiais, panašiai kaip gaminamos silicio plokštės.
„Grafeno dar neturime, ta prasme, kad jis negali būti gaminamas dideliais kiekiais kaip silicis. Mūsų tyrimas yra labai svarbus žingsnis ta kryptimi“, – pasakė profesorius Jongas P. Čenas (Yong P. Chen) iš Perdju universiteto (Purdue University).
Skenuojant elektroniniu mikroskopu gautas vaizdas, kuriame matyti atskirų grafeno sričių išsidėstymas
Kitos mokslininkų grupės taip pat išaugino atskirus grafeno kristalus, tačiau Perdju grupė parodė, kaip sukurti jų tvarkingai išsidėsčiusius masyvus, kurie gali vėliau būti panaudoti gaminant komercinius elektroninius prietaisus bei kompiuterinius lustus.
Šešiakampės formos atskiri kristalai pradedami auginti naudojant grafitą ant vario plėvelės viršaus kameroje su metano dujomis. Naudojamas metodas vadinamas cheminiu užgarinimu. Visas auginimo metodas, prasidedantis nuo atskirų grafito taškų, buvo išrastas profesoriaus Kvinkėjaus Ju (Qingkai Yu), dirbančio Teksaso valstijos universitete.
„Naudodami šiuos taškus mes galime auginti tūkstančius ar net milijonus tvarkingai išsidėsčiusių atskirų grafeno kristalų, – pasakė Ju, kuris pradėjo vystyti šį metodą dar dirbdamas Hjustono universitete. – Tikimės, kad pramonė panaudos šiuos tyrimus gaminant elektroninius prietaisus.“
Atlikti tyrimai yra publikuojami internetiniame žurnalo „Nature Materials“ numeryje. Darbus vykdė mokslininkai iš Perdju universiteto, Hjustono universiteto, Teksaso valstijos universiteto, Brukhaveno nacionalinės laboratorijos (Brookhaven National Laboratory), Argono (Argonne) nacionalinės laboratorijos. Taip pat tyrime dalyvavo ir kompanija „Carl Zeiss SMT Inc“.
Šiuo metu grafenas yra gaminamas polikristaliniais sluoksniais, kurie sudaryti iš atsitiktinai išsidėsčiusių netaisyklingos formos „sričių“, susijungusių kartu. Turima tvarkinga struktūra reiškia, kad kiekvieno kristalo padėtis yra apibrėžta, o ne atsitiktinė, kas yra būdinga polikristalinėms plėvelėms.
Masyvai, kurie yra atskiri kristalai turintys vientisą kristalinę struktūrą, sudaro sąlygas mokslininkams tiksliai nusakyti elektroninių prietaisų vietą kiekvienoje srityje. Vientisa kristalinė struktūra reiškia, kad medžiaga pasižymi pagerintomis elektroninėmis savybėmis. Tyrimai patvirtino teoriją, kad elektronų tekėjimui trukdo vieta, kurioje liečiasi kristalai, priklausantys dviem skirtingoms sritims.
Mokslininkai parodė, kad jie gali kontroliuoti tvarkingų masyvų auginimą. Jie taip pat pastebėjo, kad šešiakampės formos atskirų kristalų sričių kraštai yra lygiagretūs apibrėžtai grafeno atomų kristalinei struktūrai. Tokiu būdu atsiskleidžia ir pačio kristalo orientacija.
Orientacijos žinojimas yra svarbus tiriant svarbias kristalų savybes. Ši informacija pagelbėja sukurti geresnius elektroninius prietaisus. Grafeno kristalinei struktūros orientacijai nustatyti mokslininkai panaudojo dviejų rūšių mikroskopijos metodus – transmisijos elektroninę mikroskopiją (angl. transmission electron microscopy) bei skenavimo tuneliavimo mikroskopiją (angl. scanning tunneling microscopy). Naudoti metodai leido gauti ypatingai didelės skiriamosios gebos atskirų anglies atomų, sudarančių grafeną, vaizdus.
Elektroninės atskirų sričių savybės buvo matuojamos naudojant mažyčius elektrodus, prijungtus prie dviejų kaimyninių sričių. Išmatuota didesnė elektrinė varža tarp kaimyninių sričių reiškia, kad sritis jungiantys kraštai stabdo elektronų srovę dėl elektronų sklaidos. Šie matavimai taip pat buvo patvirtinti naudojant Ramano spektroskopiją.
