Nano-wiggles beïnvloeden bandgap | Grafeen (graphene)
Nano-wiggles beïnvloeden bandgap

Elektronica wordt steeds kleiner en kleiner, hedendaags flirten we zelfs met nieuwe apparaten op de atomaire schaal.
Maar veel wetenschappers voorspellen dat we het einde bereiken van onze huidige technologie . Zonder een alternatief voor silicium-gebaseerde technologieën, zal de miniaturisering van onze elektronica stoppen.

Een veelbelovend alternatief is grafeen. Zuiver grafeen is geen halfgeleider, maar het kan worden aangepast om uitzonderlijk elektrisch gedrag te vertonen.
Het vinden van de beste grafeen-gebaseerde nanomaterialen zou een nieuw tijdperk van nano-elektronica, optica, en spintronica (een opkomende technologie die de spin van elektronen gebruikt voor het opslaan en verwerken van informatie) kunnen inluiden.

Wetenschappers aan het Rensselaer Polytechnisch Instituut namen volop gebruik van supercomputers in het CCNI (Center for Nanotechnology Innovations) om de eigenschappen van een veelbelovende vorm van grafeen bloot te leggen. Wat ze vonden was dat grafiet nanoribbons kunnen worden opgedeeld in verschillende structurele oppervlakken, genaamd nanowiggles.

Ieder van deze structuren produceren zeer verschillende magnetische en geleidende eigenschappen. De bevindingen bieden een blauwdruk die wetenschappers kunnen gebruiken om letterlijk te kiezen uit een grafeen nanostructuur die afgestemd en aangepast is voor een andere taak en/of apparaat.

Grafeen nanomaterialen hebben genoeg mooie eigenschappen, maar tot op heden was het is erg moeilijk om foutloze nanostructuren uit grafeen te bouwen. Die moeilijk te reproduceren nanostructuren zorgen voor een bijna onoverkomelijke barrière tussen innovatie en de markt.

luidt het volgens Vincent Meunier, Gail en Jeffrey L. Kodosky, professor in natuurkunde, informatietechnologie, en ondernemer aan het Rensselaer.

Het voordeel van grafeen nanowiggles is dat ze eenvoudig en snel, erg lang en schoon geproduceerd kunnen worden.

Nanowiggles werden pas onlangs ontdekt door een groep wetenschappers uit Zwitserland. Deze bijzondere nanoribbons worden gevormd met behulp van een ‘bottom-up’ benadering, omdat ze chemisch samengesteld zijn, atoom voor atoom. Dit vertegenwoordigt een heel andere benadering dan het standaard grafeen-productie-proces waar een bestaand materiaal wordt versneden om een nieuwe structuur aan te maken. Dat proces creëert vaak een materiaal dat niet altijd perfect recht is, maar een kleine zigzag markering vertoont langs de randen.

Meunier en zijn onderzoeksteam zien veel potentieel in dit nieuwe materiaal. De nanowiggles kunnen gemakkelijk vervaardigd en aangepast worden om uitzonderlijke elektrische en geleidende eigenschappen weer te geven.

Wat we gevonden hebben in onze analyse van de nanowiggles’ eigenschappen was nog verrassender dan eerder werd gedacht”, zei Meunier.

Ze merkten dat de verschillende nanowiggles zeer gevarieerde ‘band-gaps’ produceerden. Een band gap bepaalt het niveau van de elektrische geleidbaarheid van een vaste stof.
Nog ontdekte ze dat verschillende nanowiggles tot vijf zeer gevarieerde magnetische eigenschappen vertoonden. Met deze kennis, zullen wetenschappers in staat zijn om de bandgap en magnetische eigenschappen van een nanostructuur op basis van hun toepassing af te stemmen, aldus Meunier.

Met de medewerking van CCNI was Meunier in staat om deze geavanceerde berekeningen uit te voeren in een paar maanden. Zonder de hulp van CCNI was deze opwindende ontdekking ten vroegste volgend jaar mogelijk geweest. Daarmee wil Meunier de sleutelrol onderstrepen die CCNI speelt in de fundamentele wetenschap.

De bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.

Bron: sciencedaily.com


3D print schaalmodel structuur grafeen