Nowatorskie źródła światła i elektronika przyszłości dzięki połączeniu grafenu z hBN
University of Michigan informuje o odkryciu, które przyspieszy prace nad elektroniką przyszłej generacji oraz nowatorskimi źródłami światła. Naukowcy z Ann Arbor opracowali pierwszą niezawodną skalowalną metodę uzyskiwania pojedynczych warstw heksagonalnego azotku boru (hBN) na grafenie. W procesie, w którym mogą powstawać duże płachty hBN, wykorzystano powszechnie stosowany proces epitaksji z wiązek molekularnych.
Urządzenia z grafenu i hBN mogą zostać wykorzystane m.in. do budowy LED emitujących światło z zakresie głębokiego ultrafioletu. Za pomocą współczesnych diod nie można uzyskać takiego zakresu fali. LED z dalekim ultrafioletem pozwoliłyby na stworzenie mniejszych urządzeń o większej wydajności, w tym nowatorskich laserów czy oczyszczaczy powietrza. Obecnie daleki ultrafiolet uzyskujemy za pomocą lamp rtęciowo-ksenonowych. Bardzo się one nagrzewają, są nieporęczne, mało wydajne i zawierają toksyczne materiały. Jeśli moglibyśmy uzyskać taki zakres promieniowania z LED oznaczałoby to taką rewolucję w urządzeniach UV jaka zaszła gdy LED zastąpiły tradycyjne żarówki, mówi profesor Zeitan Mi.
Heksagonalny azotek boru to najcieńszy izolator, z kolei grafen to najcieńszy półmetal. W wyniku połączenia jednoatomowych warstw obu materiałów powstaje materiał o bardzo interesujących właściwościach. Można z niego tworzyć nie tylko LED-y pracujące w dalekim ultrafiolecie, ale też podzespoły do komputerów kwantowych, mniejszą i bardziej wydajną elektronikę oraz optoelektronikę, ma wiele innych zastosowań.
Właściwości hBN są znane od lat, ale w przeszłości jedyną metoda uzyskania cienkich warstw tego materiału było fizyczne złuszczanie ich z kryształu azotku boru. To bardzo pracochłonny proces, w wyniku którego można uzyskać niewielkie płatki materiału. Nasza metoda pozwala na uzyskanie atomowej grubości warstw dowolnych rozmiarów, dodaje Mi.
Grafen i heksagonalny azotek boru są bardzo cienkie, dzięki czemu można by budować z nich znacznie mniejsze i bardziej wydajne urządzenia elektroniczne niż przy użyciu obecnie stosowanych materiałów. Warstwy hBN i grafenu mogą też mieć egzotyczne właściwości pozwalające na przechowywanie kwantowej informacji, możliwość przełączania pomiędzy stanem przewodnika a izolatora czy uzyskania niezwykłych spinów elektronowych.
Dotychczas jednak zawiodły wszelkie próby uzyskania jednorodnych pozbawionych wad warstw hBN, które są potrzebne, by materiał ten dobrze połączył się z grafenem. Do uzyskania użytecznego produktu potrzebne są jednorodne uporządkowane rzędy atomów hBN dopasowane do leżących poniżej atomów grafenu. Dotychczas nie udawało się tego uzyskać, wyjaśnia Ping Wang.
Uczeni z University of Michigan zauważyli, że w wyższych temperaturach równe rzędy atomów hBN są bardziej stabilne niż nieuporządkowane zbiory atomów. Zaczęli więc eksperymentować z techniką epitaksji z wiązek molekularnych. To proces przemysłowy polegający na natryskiwaniu atomów na podłoże.
Wang i jego koledzy użyli płachty grafenu w kształcie schodów, rozgrzali ją do około 1600 stopni Celsjusza, a następnie natryskiwali na nią atomy boru i azotu. Wyniki pozytywnie ich zaskoczyły. Na krawędziach grafenu powstały dobrze uporządkowane paski hBN, które rozszerzyły się w szerokie wstęgi. To wielki krok w kierunku komercjalizacji kwantowych struktur 2D, cieszy się Mi.
Komentarze (0)