Peneliti mengidentifikasi strategi untuk mencapai modulasi kesenjangan transportasi yang besar dalam graphene
Electronics

Peneliti mengidentifikasi strategi untuk mencapai modulasi kesenjangan transportasi yang besar dalam graphene


Kredit: Li et al.

Selama dekade terakhir ini, graphene semimetal telah menarik minat besar di antara para insinyur elektronik karena banyak kualitas dan karakteristiknya yang menguntungkan. Faktanya, mobilitas elektronnya yang tinggi, fleksibilitas dan stabilitasnya membuatnya sangat diinginkan untuk pengembangan elektronik generasi mendatang.

Meskipun sifatnya yang menguntungkan, graphene area besar memiliki celah pita nol (yaitu, rentang energi dalam bahan padat di mana tidak ada keadaan elektronik). Artinya arus listrik dalam graphene tidak dapat sepenuhnya dimatikan. Karakteristik ini membuatnya tidak cocok untuk pengembangan banyak perangkat elektronik.

Para peneliti di Universitas Tsinghua di Cina baru-baru ini merancang strategi desain yang dapat digunakan untuk mencapai celah pita yang lebih besar pada graphene. Strategi ini, diperkenalkan dalam makalah yang diterbitkan di Nature Electronics, memerlukan penggunaan medan listrik untuk mengontrol transisi konduktor-ke-isolator dalam graphene skala mikro.

“Sejak penemuannya pada tahun 2004, graphene telah menarik perhatian yang luar biasa, karena ketebalan lapisan atom tunggal dan fermion Dirac mobilitas tinggi,” Jinsong Zhang, salah satu peneliti yang melakukan penelitian tersebut, mengatakan kepada Tech Xplore. “Karena karakteristik ini, graphene dapat menemukan aplikasi yang menjanjikan dalam elektronik generasi berikutnya, terutama ketika tingkat peningkatan kepadatan dan kinerja elektronik berbasis silikon mendekati batas melalui penskalaan dimensi. Namun, graphene area luas adalah semimetal dengan nol celah pita. “

Rasio arus hidup / mati transistor efek medan (FET) berbasis graphene konvensional adalah sekitar 30 pada suhu kamar, yang terlalu rendah untuk aplikasi perangkat logika. Untuk mengubah struktur pita graphene dan memperpanjang celah pita, Zhang dan rekan-rekannya memicu reaksi hidrogenasi, reaksi elektrokimia yang secara reversibel mengubah graphene murni menjadi graphene terhidrogenasi yang sangat terisolasi dengan jarak transpor yang besar.

“FET elektrokimia graphene kami dapat secara siklis dinyalakan / dimatikan di bawah kendali tegangan gerbang yang diterapkan, yang menunjukkan peta jalan baru untuk aplikasi elektronik berbasis graphene di masa depan,” kata Zhang.

Saluran graphene dalam FET elektrokimia yang dikembangkan oleh para peneliti direndam dalam elektrolit cair organik dengan ion hidrogen disosiatif (H+). Ketika peneliti menerapkan tegangan gerbang positif (V.G) antara elektroda gerbang (Pt foil) dan graphene, medan listrik menyebabkan H.+ ion terakumulasi di permukaan atas FET.

“Ketika V.G lebih tinggi dari potensi hidrogenasi, kisi graphene menjadi sangat aktif dan ini memicu ikatan kimia antara H.+ ion dan atom C, yang mengubah hibridisasi ikatan CC dari sp2 ke sp3, membuka celah pita yang sangat besar dalam struktur elektronik, “Zhang menjelaskan.

Keuntungan utama dari FET berbasis graphene yang dikembangkan oleh tim peneliti ini adalah bahwa mereka menggunakan medan listrik yang sangat serbaguna untuk mengontrol reaksi hidrogenasi yang dapat dibalik dan mengalihkan arus sumber-drain. Selain itu, Zhang dan rekan-rekannya memperkenalkan elektrolit ion hidrogen baru yang mengandung H lebih disosiatif+ ion, yang juga lebih reaktif terhadap graphene dibandingkan dengan elektrolit yang dihasilkan dari hidrolisis air sisa dalam cairan ionik atau di udara yang lebih lembab.

“Dengan menggunakan kontrol medan listrik, kami mendemonstrasikan transisi konduktor-isolator dalam graphene skala mikro hingga satu juta siklus switching,” kata Zhang. “Resistensi lembar graphene terhidrogenasi penuh menunjukkan batas bawah 200 GW / sq, yang mengarah ke rasio arus nyala / mati raksasa yang lebih besar dari 108 dalam FET graphene pada suhu kamar. “

Zhang dan rekan-rekannya menemukan bahwa FET elektrokimia graphene yang mereka buat secara signifikan mengungguli perangkat serupa yang dibuat di masa lalu dan menunjukkan rasio hidup / mati yang lebih baik, ketahanan bersepeda, dan waktu sakelar. Pekerjaan mereka dapat menginformasikan pengembangan elektronik berbasis graphene baru dan teknik hidrogenasi yang diinduksi medan listrik untuk secara reversibel menyetel ikatan atom dan struktur pita dari kristal 2D yang berbeda.

Studi terbaru ini dapat menginspirasi peneliti lain untuk menggunakan strategi serupa untuk mencari dan mengidentifikasi bahan baru dengan karakteristik yang diinginkan. Waktu respons FET berbasis graphene yang dibuat oleh para peneliti ini saat ini dalam skala mikrodetik. Namun, dalam studi berikutnya, Zhang dan rekannya ingin mengurangi waktu respons ini, sehingga perangkat mereka dapat digunakan di berbagai aplikasi yang lebih luas.

“Kedepannya, kami akan fokus untuk meningkatkan waktu respon dengan mengoptimalkan konfigurasi perangkat, seperti mengurangi jarak antara gerbang dan elektroda sumber, mempersempit lebar saluran graphene, dan menemukan elektrolit yang lebih baik dengan H yang lebih tinggi.+ konduktivitas ion, “kata Zhang.” Untuk membuat perangkat kami lebih berguna dalam sirkuit graphene terintegrasi, kami akan mengembangkan elektrolit padat (atau seperti gel) dengan H tinggi+ konduktivitas ion dan akhirnya memperkecil ukuran perangkat kami menjadi mikrometer. ”


Tetap di depan kurva dengan graphene melengkung 3-D


Informasi lebih lanjut:
Modulasi gap transportasi besar dalam graphene melalui hidrogenasi reversibel yang dikendalikan medan listrik. Nature Electronics(2021). DOI: 10.1038 / s41928-021-00548-2

© 2021 Science X Network

Kutipan: Peneliti mengidentifikasi strategi untuk mencapai modulasi kesenjangan transportasi yang besar di graphene (2021, 14 April) diambil 14 April 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-04-strategy-large-gap-modulation-graphene.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel Hongkong