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从原子级别认识石墨烯的电学性能

时间:2015-01-06 11:31来源:MaterialsToday 作者:chenweisong 点击:
宾夕法尼亚大学的研究人员第一次使用先进的显微镜研究石墨烯原子及其电学性能之间的关系。这将有利于基于石墨烯设计的集成电路,计算机芯片和其它电子设备。

石墨烯是含有碳原子晶格的一层原子厚的二维材料,被广泛的认为是最导电的的材料。然而,并不是所有的石墨烯的物理性质都是相同的。这么少的原子组成的物质,每一个原子的排列都对其整体功能有影响

现在,来自宾夕法尼亚大学的研究人员第一次使用先进的显微镜研究了石墨烯原子及其电学性能之间的关系。

这种关系的深入了解将有利于基于石墨烯设计的集成电路,计算机芯片和其它电子设备。

Drndic说,“我们研究石墨烯结构的原子排列和导电性质的关系,特别我们研究结构的边缘,因为结构边缘能够使我们确定石墨烯的几何形状。

她说,“石墨烯看起来像鸡肉丝,你可以把这种碳原子组成的六边形格子用不同的方式剪断,在边缘产生不同的形状。如果你以一种方式剪断,它可能的更像金属,如果你用另一种方式剪断,它可能更像一种半导体。

对于一块石墨烯,其边缘可能是或尖或扁平的碳六边形。如果是尖端朝外面,石墨烯的边缘是一个锯齿形,如果石墨烯的边缘是扁平的,则产生扶手椅的形状。任何给定的边缘也可能是这两者的混合,这取决于石墨烯片最初是怎么剪断的和边缘在应力条件下的变形。

由于石墨烯纳米带在透射电镜里的时候分别连接在一个电源上,研究人员可以同时跟踪带的轮廓和测量电导率,这两组数据是相关的。

宾夕法尼亚大学艺术与科学学院物理与天文学系的A.T.Charlie Johnson表示,“如果你想在计算机芯片,使用石墨烯纳米带,你绝对需要该信息……”

Johnson说,“举个例子,如果你想在计算机芯片,使用石墨烯纳米带,你绝对需要有这样的信息,人们在显微镜下观察这些带状物和测量他们的电学性能,但是不是同时测量的。

在相对较低的电流下研究纳米带状物,研究人员提高电流强度,就像用调光开关提高灯泡的亮度一样。显微镜和流过纳米带状物的电流的电子冲击的联合作用使石墨烯的结构慢慢弱化。纳米带状物里的碳键被破坏,变的更薄,边缘形状发生了改变,提供了额外的数据点。

Rodríguez-Manzo说,“通过显微镜下所观察的一切,我们可以跟踪这一转变到最后,测量纳米带的电流,即使得到的纳米带小于1纳米宽。这是五个原子宽度。

这种应力测试对于未来的石墨烯电子器件的设计非常关键。

Rodríguez-Manzo说,“我们已经看到在这些纳米带的崩溃之前,多少电流可以传导。我们的数据表明这个数据比铜的要高。

恶劣的条件下,也造成了一些纳米带折叠,从而产生纳米级石墨环。幸运的是,他们发现这些石墨环具有理想的性能。

Johnson说,“当边缘形成我们看到的石墨环,这有助于结构的稳定,能够使电流密度达到之前状态的1000倍以上。这种结构在连接集成电路晶体管的导电路径中有很好的应用。

在这个领域未来的研究将涉及比较不同宽度和边缘形状的石墨烯纳米带的导电性能。

Drndic说,“一旦我们能够一个原子一个原子的剪切石墨烯纳米带,我们将能获得更多的信息。”

这个工作来自学于宾夕法尼亚大学,MaterialsToday编辑,在这篇文章中表达的观点并不一定代表Elsevier的观点

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