08/03/2012 - Eine neue Dimension für Grafen

Menéame

Immer mehr Wissenschaftler betrachten Grafen, einen Allotropen des Kohlenstoffs, das neue Silizium. Aber sie wissen auch, dass ihre Leitfähigkeit zu hoch ist, um in Computerchips eingesetzt werden zu können. Ein wissenschaftliches Team von der Universität von Manchester (Vereinigtes Königreich) hätte nun eine Lösung für dieses Problem finden können. Seine Studie in Science zeigt, wie ein Transistor sich als das fehlende Glied etablieren könnte, das die Funktion von Silizium und Grafen verbindet. Seine Entdeckung ermöglicht die Einleitung einer dritten Dimension der Grafenforschung.

Die Manchester-Gruppe, die von den Nobelpreisträgern Andre Geim und Konstantin Novoselov geleitet wird, die Anfang des Jahres zum Ritter bestellt wurden, zeigt, dass Grafen ein faszinierendes Material mit unzähligen optischen, mechanischen, elektronischen und chemischen Eigenschaften ist.

Dieses Material kann als Grundlage für den Bau von Computerchips als Ersatz für Silizium verwendet werden. Alle Arten von Unternehmen wie Samsung, Intel und IBM haben Interesse an Grafen bekundet und verschiedene wissenschaftliche Gruppen auf der ganzen Welt haben die Lebensfähigkeit von Transistoren mit sehr hoher Frequenz nachgewiesen (bis zu 300 GHz) auf der Grundlage dieses Materials.

Die größte Hürde für den Einsatz in großem Maßstab besteht darin, dass sie nicht mit hoher Dichte in einem Computerchip verpackt werden können, da zu häufig gefiltert wird, selbst wenn der isoliertste Zustand von Grafen verwendet wird. Dieser elektrische Strom bewirkt, dass der Chip mit hoher Geschwindigkeit schmilzt.

Trotz der zahlreichen Studien, die in den letzten acht Jahren zur Lösung dieses Problems durchgeführt wurden, konnte keine stabile Lösung gefunden werden. Aber das Team von Manchester hätte das fehlende Stück in diesem Puzzle treffen können. Nach Ansicht der Forscher Grafen sollte in vertikaler anstatt horizontaler Position verwendet werden. (in einer Ebene). Das Gerät benutzte Grafen als Elektrode, von wo aus Elektronen ein dielektrisches Material durchqueren, bis es ein anderes Metall erreichte. Diese Struktur wird als Tunneleffekt-Diode bezeichnet.

Zunächst konzentrierten sie sich auf ein einzigartiges Merkmal von Grafen: die Art und Weise, wie externe Spannung die Energie der Elektronen, die durch den Tunnel. So erhielten sie einen neuen Gerätetyp, einen vertikalen Tunneleffekttransistor mit Feldeffekt, bei dem Grafen eine grundlegende Funktion übernimmt.

Wir haben eine neue theoretische Methode für die Verwendung von Grafen in der Elektronik gezeigt, so Dr. Leonid Ponomarenko von der Physik- und Astronomieschule an der Universität von Manchester und Senior Autor des Studiums. Sie können jedoch noch viel weiter verbessert werden, auf Nanoebene reduziert und bei Frequenzen unterhalb der Terphenyle betrieben werden.

Professor Novoselov erklärte: "Dies ist ein neuer Horizont für die Grafenforschung und die Möglichkeiten für Grafen-basierte Elektronik haben sich nie besser vorgestellt als jetzt.

Aber Grafen funktioniert nicht allein, sondern muss mit anderen Materialien kombiniert werden. Die Gruppe von Manchester kombiniert Grafen und Atomebenen von Bornitrid und Molybdändisulfid bei der Entwicklung vonTransistoren. Diese wurden in einer voreingestellten Reihenfolge atomisch schichtig konstruiert. Diese Arten von Schichtenstruktur gibt es in der Natur nicht, so die Forscher. Dieses innovative Konzept bietet neue Funktionen, bei denen der Tunneleffekttransistor ein wichtiger Bestandteil ist.

Der nachgewiesene Transistor ist wichtig, aber wahrscheinlich mehr die Konfiguration von Atomschichten, sagte Professor Geim.

Professor Novoselov fügte hinzu: "Der Tunneleffekttransistor ist nur ein Beispiel für die unvollendete Sammlung von Strukturen in den Schichten und innovativen Geräten, die mit einer ähnlichen Konfiguration erstellt werden können. Es bietet endlose Möglichkeiten sowohl für die grundlegende Physik als auch für ihre Anwendungen. Weitere mögliche Beispiele sind Lichtdioden, Photovoltaikgeräte usw.

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Weitere Informationen:

· Universität von Manchester:   http://www.manchester.ac.uk/   

· Science:   http://www.sciencemag.org/

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