וואָס איז די נוצן פון גראַפענע?צוויי אַפּלאַקיישאַן קאַסעס לאָזן איר פֿאַרשטיין די אַפּלאַקיישאַן פּראָספּעקט פון גראַפענע

אין 2010, געים און נאָוואָסעלאָוו וואַן די נאָבעל פרייז אין פיזיק פֿאַר זייער אַרבעט אויף גראַפענע.די אַוואָרד האט געמאכט אַ טיף רושם אויף פילע מענטשן.נאָך אַלע, ניט יעדער נאָבעל פרייז יקספּערמענאַל געצייַג איז ווי געוויינטלעך ווי קלעפּיק טייפּ, און ניט יעדער פאָרשונג כייפעץ איז ווי מאַדזשיקאַל און גרינג צו פֿאַרשטיין ווי "צוויי-דימענשאַנאַל קריסטאַל" גראַפענע.די ווערק אין 2004 קענען זיין אַוואָרדיד אין 2010, וואָס איז זעלטן אין די רעקאָרד פון נאָבעל פרייז אין די לעצטע יאָרן.

גראַפענע איז אַ מין פון מאַטעריע וואָס באשטייט פון אַ איין שיכטע פון ​​טשאַד אַטאָמס ענג עריינדזשד אין אַ צוויי-דימענשאַנאַל כאַניקאָום כעקסאַגאַנאַל לאַטאַס.ווי דימענט, גראַפייט, פולערענע, טשאַד נאַנאָטובעס און אַמאָרפאַס טשאַד, עס איז אַ מאַטעריע (פּשוט מאַטעריע) קאַמפּאָוזד פון טשאַד עלעמענטן.ווי געוויזן אין די פיגור אונטן, פולערענע און טשאַד נאַנאָטובעס קענען זיין געזען ווי ראָולד אַרויף אין עטלעכע וועג פון אַ איין שיכטע פון ​​​​גראַפין, וואָס איז סטאַקט דורך פילע לייַערס פון גראַפענע.די טעאָרעטיש פאָרשונג אויף די נוצן פון גראַפענע צו באַשרייַבן די פּראָפּערטיעס פון פאַרשידן טשאַד פּשוט סאַבסטאַנסיז (גראַפיט, טשאַד נאַנאָטובעס און גראַפענע) האט לאַסטיד פֿאַר קימאַט 60 יאר, אָבער עס איז בכלל געגלויבט אַז אַזאַ צוויי-דימענשאַנאַל מאַטעריאַלס זענען שווער צו סטאַביל עקסיסטירן אַליין, בלויז אַטאַטשט צו די דריי-דימענשאַנאַל סאַבסטרייט ייבערפלאַך אָדער ין סאַבסטאַנסיז ווי גראַפייט.עס איז געווען ביז 2004 אַז אַנדרע געים און זיין תּלמיד קאָנסטאַנטין נאָוואָסעלאָוו סטריפּט אַ איין שיכטע פון ​​גראַפענע פון ​​גראַפייט דורך יקספּעראַמאַנץ אַז די פאָרשונג אויף גראַפענע אַטשיווד נייַע אַנטוויקלונג.

ביידע פולערענע (לינקס) און טשאַד נאַנאָטובע (מיטן) קענען זיין געקוקט ווי ראָולד אַרויף דורך אַ איין שיכטע פון ​​​​גראַפין אין עטלעכע וועג, בשעת גראַפייט (רעכט) איז סטאַקט דורך קייפל לייַערס פון גראַפענע דורך די קשר פון Van der Waals קראַפט.

היינטיגע צייטן קען מען באקומען גראפענע אויף פילע אופנים, און פארשידענע מעטאדן האבן אייגענע מעלות און חסרונות.געים און נאָוואָסעלאָוו האָבן באַקומען גראַפענע אויף אַ פּשוט וועג.מיט טראַנספּעראַנט טייפּ בנימצא אין סופּערמאַרקיץ, זיי סטריפּט גראַפענע, אַ גראַפייט בויגן מיט בלויז איין שיכטע פון ​​טשאַד אַטאָמס דיק, פון אַ שטיק פון הויך-סדר פּיראָליטיק גראַפייט.דאָס איז באַקוועם, אָבער די קאַנטראָולאַביליטי איז נישט אַזוי גוט, און גראַפענע מיט אַ גרייס פון ווייניקער ווי 100 מייקראַנז (1 צענט פון אַ מילאַמיטער) קענען בלויז זיין באקומען, וואָס קענען זיין געוויינט פֿאַר יקספּעראַמאַנץ, אָבער עס איז שווער צו נוצן פֿאַר פּראַקטיש. אַפּלאַקיישאַנז.כעמישער פארע דעפּאַזישאַן קענען וואַקסן גראַפענע סאַמפּאַלז מיט די גרייס פון טענס פון סענטימעטער אויף די מעטאַל ייבערפלאַך.כאָטש די געגנט מיט קאָנסיסטענט אָריענטירונג איז בלויז 100 מייקראַנז [3,4], עס איז געווען פּאַסיק פֿאַר די פּראָדוקציע באדערפענישן פון עטלעכע אַפּלאַקיישאַנז.אן אנדער פּראָסט אופֿן איז צו היץ די סיליציום קאַרבידע (SIC) קריסטאַל צו מער ווי 1100 ℃ אין וואַקוום, אַזוי אַז די סיליציום אַטאָמס לעבן די ייבערפלאַך יוואַפּערייט, און די רוען טשאַד אַטאָמס זענען ריעריינדזשד, וואָס קענען אויך באַקומען גראַפענע סאַמפּאַלז מיט גוט פּראָפּערטיעס.

גראַפענע איז אַ נייַע מאַטעריאַל מיט יינציק פּראָפּערטיעס: זייַן עלעקטריקאַל קאַנדאַקטיוואַטי איז ווי ויסגעצייכנט ווי קופּער, און זייַן טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי איז בעסער ווי קיין באקאנט מאַטעריאַל.עס איז זייער טראַנספּעראַנט.בלויז אַ קליין טייל (2.3%) פון די ווערטיקאַל אינצידענט קענטיק ליכט וועט זיין אַבזאָרבד דורך גראַפענע, און רובֿ פון די ליכט וועט פאָרן דורך.עס איז אַזוי געדיכט אַז אפילו העליום אַטאָמס (די קלענסטער גאַז מאַלאַקיולז) קענען נישט פאָרן דורך.די מאַדזשיקאַל פּראָפּערטיעס זענען נישט גלייַך ינכעראַטיד פון גראַפייט, אָבער פון קוואַנטום מאַקאַניקס.זייַן יינציק עלעקטריקאַל און אָפּטיש פּראָפּערטיעס באַשטימען אַז עס האט ברייט אַפּלאַקיישאַן פּראַספּעקס.

כאטש גראפין איז דערשינען בלויז פאר ווייניגער ווי צען יאר, האט עס ארויסגעוויזן אסאך טעכנישע אפליקאציעס, וואס איז זייער זעלטן אין די פעלדער פון פיזיק און מאטעריעל וויסנשאפט.עס נעמט מער ווי צען יאָר אָדער אפילו דעקאַדעס פֿאַר גענעראַל מאַטעריאַלס צו אַריבערפירן פון לאַבאָראַטאָריע צו פאַקטיש לעבן.וואָס איז די נוצן פון גראַפענע?זאל ס קוק בייַ צוויי ביישפילן.

ווייך טראַנספּעראַנט ילעקטראָוד
אין פילע עלעקטריקאַל אַפּפּליאַנסעס, טראַנספּעראַנט קאַנדאַקטיוו מאַטעריאַלס דאַרפֿן צו זיין געוויינט ווי ילעקטראָודז.עלעקטראָניש וואַטשיז, קאַלקולאַטאָרס, טעלאַוויזשאַנז, פליסיק קריסטאַל דיספּלייז, פאַרבינדן סקרינז, זונ - פּאַנאַלז און פילע אנדערע דעוויסעס קענען נישט לאָזן די עקזיסטענץ פון טראַנספּעראַנט ילעקטראָודז.די טראדיציאנעלן טראַנספּעראַנט ילעקטראָוד ניצט ינדיום צין אַקסייד (יטאָ).רעכט צו דער הויך פּרייַז און לימיטעד צושטעלן פון ינדיום, די מאַטעריאַל איז קרישלדיק און פעלן פון בייגיקייַט, און די ילעקטראָוד דאַרף זיין דאַפּאַזיטיד אין די מיטל שיכטע פון ​​וואַקוום, און די פּרייַז איז לעפיערעך הויך.פֿאַר אַ לאַנג צייַט, סייאַנטיס האָבן שוין טריינג צו געפֿינען זייַן פאַרטרעטער.אין אַדישאַן צו די רעקווירעמענץ פון דורכזעיקייַט, גוט קאַנדאַקטיוואַטי און גרינג צוגרייטונג, אויב די בייגיקייַט פון די מאַטעריאַל זיך איז גוט, עס איז פּאַסיק פֿאַר מאכן "עלעקטראָניש פּאַפּיר" אָדער אנדערע פאָלדאַבלע אַרויסווייַזן דעוויסעס.דעריבער, בייגיקייט איז אויך אַ זייער וויכטיק אַספּעקט.גראַפענע איז אַזאַ אַ מאַטעריאַל וואָס איז זייער פּאַסיק פֿאַר טראַנספּעראַנט ילעקטראָודז.

רעסעאַרטשערס פון סאַמסונג און טשענגדזשונגואַן אוניווערסיטעט אין דרום קארעע באקומען גראַפענע מיט אַ דיאַגאָנאַל לענג פון 30 אינטשעס דורך כעמישער פארע דעפּאַזישאַן און טראַנספערד עס צו אַ 188 מייקראַן דיק פּאַליעטאַלין טערעפטהאַלאַטע (PET) פילם צו פּראָדוצירן אַ גראַפענע באזירט פאַרבינדן פאַרשטעלן [4].ווי געוויזן אין די פיגור אונטן, די גראַפענע דערוואַקסן אויף די קופּער שטער איז ערשטער באַנדיד מיט די טערמאַל סטריפּינג טייפּ (בלוי טראַנספּעראַנט טייל), דערנאָך די קופּער שטער איז צעלאָזן דורך כעמישער אופֿן, און לעסאָף די גראַפענע איז טראַנספערד צו די ליבלינג פילם דורך באַהיצונג .

ניו פאָטאָעלעקטריק ינדאַקשאַן ויסריכט
גראַפענע האט זייער יינציק אָפּטיש פּראָפּערטיעס.כאָטש עס איז בלויז איין שיכטע פון ​​אַטאָמס, עס קענען אַרייַנציען 2.3% פון די ימיטיד ליכט אין די גאנצע ווייוולענגט קייט פון קענטיק ליכט צו ינפרערעד.דער נומער האט גאָרנישט צו טאָן מיט אנדערע מאַטעריאַל פּאַראַמעטערס פון גראַפענע און איז באשלאסן דורך קוואַנטום עלעקטראָדינאַמיק [6].די אַבזאָרבד ליכט וועט פירן צו דער דור פון קאַריערז (עלעקטראַנז און האָלעס).די פּראָדוקציע און אַריבערפירן פון קאַריערז אין גראַפענע זענען זייער אַנדערש פון די אין טראדיציאנעלן סעמיקאַנדאַקטערז.דאָס מאכט גראַפענע זייער פּאַסיק פֿאַר ולטראַפאַסט פאָטאָעלעקטריק ינדאַקשאַן ויסריכט.עס איז עסטימאַטעד אַז אַזאַ פאָטאָעלעקטריק ינדאַקשאַן ויסריכט קען אַרבעטן אין די אָפטקייַט פון 500 גהז.אויב עס איז געניצט פֿאַר סיגנאַל טראַנסמיסיע, עס קענען יבערשיקן 500 ביליאָן זעראָס אָדער אָנעס פּער סעקונדע, און פאַרענדיקן די טראַנסמיסיע פון ​​די אינהאַלט פון צוויי בלו שטראַל דיסקס אין איין רגע.

עקספּערץ פון IBM Thomas J. Watson פאָרשונג צענטער אין די פאַרייניקטע שטאַטן האָבן געניצט גראַפענע צו פּראָדוצירן פאָטאָעלעקטריק ינדאַקשאַן דעוויסעס וואָס קענען אַרבעטן אין 10GHz אָפטקייַט [8].פירסטלי, גראַפענע פלאַקעס זענען צוגעגרייט אויף אַ סיליציום סאַבסטרייט באדעקט מיט 300 נם דיק סיליקאַ דורך "טייפּ טירינג אופֿן", און דעמאָלט פּאַללאַדיום גאָלד אָדער טיטאַניום גאָלד ילעקטראָודז מיט אַ מעהאַלעך פון 1 מייקראַן און אַ ברייט פון 250 נם.אין דעם וועג, אַ גראַפענע באזירט פאָטאָעלעקטריק ינדאַקשאַן מיטל איז באקומען.

סכעמאַטיש דיאַגראַמע פון ​​גראַפענע פאָטאָעלעקטריק ינדאַקשאַן ויסריכט און סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּ (SEM) פאָטאָס פון פאַקטיש סאַמפּאַלז.די שוואַרץ קורץ שורה אין די פיגור קאָראַספּאַנדז צו 5 מייקראַנז, און די ווייַטקייט צווישן מעטאַל שורות איז איין מייקראַן.

דורך יקספּעראַמאַנץ, די ריסערטשערז געפונען אַז די פאָוטאָוילעקטריק ינדאַקשאַן מיטל פון מעטאַל גראַפענע מעטאַל סטרוקטור קענען דערגרייכן די אַרבעט אָפטקייַט פון 16 גהז און קענען אַרבעטן מיט הויך גיכקייַט אין די ווייוולענגט קייט פון 300 נם (לעבן אַלטראַווייאַליט) צו 6 מייקראַנז (ינפרערעד) די טראדיציאנעלן פאָטאָעלעקטריק ינדאַקשאַן רער קענען נישט ריספּאַנד צו ינפרערעד ליכט מיט מער ווייוולענגט.די אַרבעט אָפטקייַט פון גראַפענע פאָטאָעלעקטריק ינדאַקשאַן ויסריכט נאָך האט גרויס פּלאַץ פֿאַר פֿאַרבעסערונג.זיין העכער פאָרשטעלונג מאכט עס אַ ברייט קייט פון אַפּלאַקיישאַן פּראַספּעקס, אַרייַנגערעכנט קאָמוניקאַציע, ווייַט קאָנטראָל און ינווייראַנמענאַל מאָניטאָרינג.

ווי אַ נייַע מאַטעריאַל מיט יינציק פּראָפּערטיעס, די פאָרשונג אויף די אַפּלאַקיישאַן פון גראַפענע איז ימערדזשינג איינער נאָך דעם אנדערן.עס איז שווער פֿאַר אונדז צו רעכענען זיי דאָ.אין דער צוקונפֿט, עס קען זיין פעלד ווירקונג טובז געמאכט פון גראַפענע, מאָלעקולאַר סוויטשיז געמאכט פון גראַפענע און מאָלעקולאַר דעטעקטאָרס געמאכט פון גראַפענע אין טעגלעך לעבן ... גראַפענע וואָס ביסלעכווייַז קומט אויס פון דער לאַבאָראַטאָריע וועט שייַנען אין טעגלעך לעבן.

מיר קענען דערוואַרטן אַז אַ גרויס נומער פון עלעקטראָניש פּראָדוקטן מיט גראַפענע וועט דערשייַנען אין דעם לעבן צוקונפֿט.טראַכטן וועגן ווי טשיקאַווע עס וואָלט זיין אויב אונדזער סמאַרטפאָנעס און נעטבאָאָקס קען זיין ראָולד אַרויף, קלאַמפּט אויף אונדזער אויערן, סטאַפט אין אונדזער פּאַקאַץ אָדער אלנגעוויקלט אַרום אונדזער ריסץ ווען נישט אין נוצן!