کشف سوئیچ گرافن

پژوهشگران انستیتوی پیشرفته علوم و فناوری ژاپن (JAIST) با موفقیت منحنی ولتاژ-جریان نانو نوار­های گرافن (GNRs) را که بین دو الکترود معلق شده ­است، اندازه­گیری کرده ­اند. 
 اندازه ­گیری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مشاهده شد. نتایج نشان داد که بر خلاف یافته­ های گزارش­ های قبلی، هدایت الکتریکیGNR ها با ساختار لبه زیگزاگی (zigzag GNRs) ناگهان بالاتر از ولتاژ بایاس بحرانی افزایش یافته­ است. این یافته قابل توجه است؛ زیرا تغییر ناگهانی در اینGNR ها می­تواند برای دستگاه­ های سوئیچ، که کوچکترین دستگاه­ ها در جهان هستند، استفاده شود.

ساختار الکتریکیGNR ها به صورت سیستماتیک از طریق محاسبات تئوری مورد بررسی قرار گرفته­ است. مطالعات گزارش کرده­ اند که هر دوGNR های زیگزاگی و صندلی شکل، رفتار نیمه رسانای زیر چند نانومتر از عرض را نشان می ­دهند، اگرچه منشاء شکاف انرژی متفاوت است.

از طرف دیگر، به دلیل محاسبات غیر تعادلی مورد نیاز، به ندرت خاصیت انتقال الکتریکی محاسبه شده ­است.

در سال ۲۰۰۹، نیکولیک و همکاران، پیش بینی کردند که افزایش شدیدی در هدایت الکتریکی برایGNR های بسیار نازک و زیگزاگی کوتاه اتفاق می­افتد؛ زیرا انتقال فاز مغناطیس-عایق-غیر مغناطیس-فلز بالاتر از یک ولتاژ بایاس خاص رخ می ­دهد. نتایج تجربی به دست آمده به طور نزدیکی با نتایج حاصل از این محاسبه غیر تعادلی مطابقت دارد.

یک تیم پژوهشی به سرپرستی خانم چامنگ لیو، پروفسور یوشیفومی اوشیما و دانشیار زیائوبین ژنگ (اکنون از موسسه فناوری Shibaura است)، یک نگهدارنده ­ی TEM ویژه و یک دستگاه GNR برای مشاهده TEM تهیه کرده ­است. این ترکیب با هدف شفاف سازی رابطه بین ساختار لبه GNR و خواص انتقال الکتریکی انجام شده ­است.

خانم لیو، دانشجوی دکتری JAIST، گفت: "مراحل ساخت دستگاه GNR ما بسیار سخت تر از یک دستگاه معمولی است، زیرا ما باید GNR بسیار باریکی بسازیم که باید بین هر دو الکترود به حالت تعلیق درآید."

او منابع مطالعاتی متمرکز بر فرآیند ساخت دستگاه­ های GNR را مورد بررسی قرار داد و روند ساخت آن­ها را در مسیر ایجاد روش ساخت اصلی خود تأیید کرد.

دانشیار ژانگ گفت: "ما واقعاً خوشحال شدیم که هنگام تغییر ساختار لبه به زیگزاگ ، آشکارا منحنی I-V تغییر کرد. گمان می­کنم که ما در مورد نانو نوارهای گرافن با احتمالات جدیدی روبرو شده ­ایم."

این تیم با موفقیت مشاهده TEM درجا ازGNR های بسیار باریک را انجام داده ­است و آن­ها قصد دارند به شناسایی خواص انتقال الکتریکی که به ساختار لبه اینGNR ها حساس هستند ادامه دهند.