Graphene hấp thu ánh sáng ở bước sóng bao nhiêu năm 2024
|
Graphene – Chất liệu phẳng nhất thế giới Trích từ nguồn: http://360.thuvienvatly.com/tin-tuc/1-2010/981-graphene-chat-lieu-phang-nhat-the-gioi Giải Nobel Vật lí năm nay được trao cho Andre Geim và Konstantin Novoselov, cả hai đều là nhà vật lí gốc Nga hiện đang làm việc tại trường Đại học Manchester ở Vương quốc Anh, cho khám phá của họ về graphene. ————— Post added at 09:40 AM ————— Previous post was at 09:37 AM ————— Graphene – mạng nguyên tử hoàn hảo: Giải Nobel Vật lí 2010 Trích từ nguồn: http://360.thuvienvatly.com/tin-tuc…ang-nguyen-tu-hoan-hao-giai-nobel-vat-li-2010 Ẩn sau Giải thưởng Nobel Vật lý của năm nay là một lớp bong mỏng của carbon thông thường, lớp này chỉ dày một nguyên tử. Andre Geim và Konstantin Novoselov đã chứng tỏ rằng carbon ở một dạng phẳng như vậy có các tính chất ngoại hạng phát sinh từ thế giới lượng tử vốn kì dị nhưng đầy bí ẩn. Graphene là một dạng carbon. Là một chất liệu hoàn toàn mới – nó không những mỏng nhất mà còn bền nhất nữa. Là một chất dẫn điện, nó dẫn điện tốt như đồng. Là một chất dẫn nhiệt, nó dẫn nhiệt tốt hơn mọi chất liệu đã biết khác. Nó hầu như hoàn toàn trong suốt. Carbon, cơ sở của mọi dạng sống đã biết trên trái đất, một lần nữa khiến chúng ta thật bất ngờ. Geim và Novoselov đã trích ra graphene từ một miếng graphite, chất liệu tìm thấy trong các thỏi bút chì thông thường. Sử dụng băng dính kiểu bình thường, họ đã thu được lớp carbon bong ra với bề dày chỉ một nguyên tử. Kì công này được thực hiện vào thời điểm khi mà nhiều người tin rằng những chất liệu kết tinh mỏng như vậy không thể nào bền được. Tuy nhiên, với graphene, các nhà vật lí ngày nay có thể nghiên cứu một họ mới của các chất liệu hai chiều với những tính chất độc nhất vô nhị. Graphene làm cho các thí nghiệm có thể thực hiện được, mang lại những bước ngoặc mới cho các hiện tượng trong ngành vật lí lượng tử. Ngoài ra, còn có vô số ứng dụng có thể triển khai trong thực tế như việc chế tạo các chất liệu mới và sản xuất các thiết bị điện tử tân tiến. Transistor graphene được dự đoán về căn bản hoạt động nhanh hơn các transistor silicon hiện nay và mang lại những chiếc máy vi tính hiệu quả hơn. Vì nó trong suốt và là chất dẫn tốt, nên graphene thích hợp cho việc sản xuất các màn hình cảm ứng trong suốt, các tấm phát sáng, và có lẽ cả tế bào quang điện. ————— Post added at 09:43 AM ————— Previous post was at 09:40 AM ————— ‘Siêu tụ điện’ graphene Trích từ: http://360.thuvienvatly.com/tin-tuc/1-2010/946-sieu-tu-dien-graphene Ảnh điện cực graphene định hướng thẳng đứng, cho thấy hình dạng không đều của bề mặt. (Ảnh: J Miller) Tụ điện là những dụng cụ tích điện. “Siêu tụ điện”, chính xác hơn gọi là tụ điện hai lớp điện (DLC) hay tụ điện hóa, có thể tích nhiều điện tích hơn nhờ lớp đôi hình thành tại tiếp giáp chất điện phân – điện cực khi thiết lập điện áp. Các DLC thương mại cực kì mạnh khi so với pin nhưng chúng về cơ bản là những dụng cụ một chiều – nghĩa là chúng mất vài giây để tích đầy điện tích và rồi mất vài giây để phóng hết toàn bộ điện tích đó. Chúng hoạt động hiệu quả ở những tần số dưới khoảng 0,05Hz và vì thế chúng có ích cho các ứng dụng như xe lai, thiết bị có thể mất 10 giây để tích điện (khi hãm phanh) và 10 giây để phóng điện (khi tăng tốc). Tuy nhiên, ở những tần số cao hơn, chúng trở nên kém hiệu quả đi và bắt đầu hành xử giống như điện trở chứ không như tụ điện nữa. Đây là vì những dụng cụ này thường chứa các điện cực xốp chế tạo từ một chất dẫn điện diện tích mặt cao, thí dụ như carbon hoạt tính, và các lỗ xốp làm tăng điện trở của dụng cụ. Nay John R Miller cùng các đồng nghiệp thuộc JME Inc. ở Shaker Heights và trường Đại học Case Western Reserve, Cleveland, cả hai đều ở Ohio, vừa khắc phục được vấn đề này bằng cách phát triển DLC đầu tiên chứa các điện cực graphene diện tích mặt cao định hướng thẳng đứng hoàn toàn không xốp. Dụng cụ này đẩy tần số hoạt động của một tụ điện hai lớp điện lên quá 5000 Hz, tốt gấp 10[SUP]5[/SUP] lần so với các DLC thương mại. Ngoài ra, nó còn nhỏ hơn các tụ điện phân nhôm điện áp thấp đến sáu lần, và có khả năng tích điện và phóng điện với hiệu suất cao với thời gian ngắn hơn 1 ms nhiều. Cũng điện cực nhìn ở hình trước, nhưng lần này thể hiện với góc nhìn nghiêng. (Ảnh: J Miller) Các nhà nghiên cứu đã nuôi graphene – những tấm carbon chỉ dày một nguyên tử – trên một kim loại bằng quá trình lắng hơi hóa học plasma hỗ trợ. Những tấm graphene định hướng thẳng đứng như vậy thật lí tưởng khi xét theo cấu trúc cho các ứng dụng điện cực DLC cao tần. Chúng có nhiều mặt phẳng gờ có thể mang lại điện dung từ 50 đến 70 µF/cm[SUP]2[/SUP] so với các mặt phẳng cơ bản, chúng chỉ cung cấp 3 µF/cm[SUP]2[/SUP]. Những mặt phẳng gờ tích điện này bị phô ra và vì thế có thể truy xuất trực tiếp, nghĩa là điện tích có thể dự trữ trên những diện tích chính xác chứ không phân tán trên những vùng rộng hơn. Và điều cuối cùng, nhưng chưa hết, cấu trúc tấm nano “xếp chồng” đó đảm bảo các lỗ xốp giảm đi – vì thế giảm tối thiểu điện trở – và bản thân các tấm có tính dẫn điện cao. “Điểm mấu chốt là những dụng cụ này có thể dẫn tới các tụ điện cao tần nhỏ hơn dùng cho các ứng dụng trong những hệ điện áp thấp như CPU và các mạch tích hợp tương tự”, Miller nói. Nghiên cứu trên còn có thể cho phép những họ hàng mạch điện tử mới sử dụng các mức điện dung cao hơn nhiều. Nguồn: physicsworld.com ————— Post added at 09:47 AM ————— Previous post was at 09:43 AM ————— Transistor graphene phá kỉ lục tốc độ Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa phát triển một phương pháp mới chế tạo các transistor từ graphene – một tấm carbon chỉ dày một nguyên tử. Kĩ thuật này khắc phục được một trở ngại lớn mà những ai muốn dùng graphene thay thế silicon làm chất liệu được chọn trong các dụng cụ điện tử tương lai đang đối mặt. Nó còn được dùng để chế tạo các transistor graphene tốc độ cao nhất từ trước đến nay. Graphene bán dẫn được nhiều người xem là chất liệu lí tưởng dùng cho các dụng cụ điện tử vì nó cực kì mỏng nhưng lại có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao và có độ bền lớn. Tuy nhiên, thật không may, các kĩ thuật chế tạo mà ngành công nghiệp bán dẫn sử dụng hiện nay không thể áp dụng cho graphene vì chúng đưa các khiếm khuyết vào trong vật liệu, rốt cuộc làm hỏng mất hiệu suất của dụng cụ. Xiangfeng Duan cùng các đồng nghiệp Đại học California tại Los Angeles vừa phát triển một kĩ thuật chế tạo mới sử dụng các dây nano tráng alumina làm cực phát trong transistor graphene. Nguồn cấp của dụng cụ và cực thu được chế tạo bằng một quá trình tự canh hàng sử dụng các dây nano làm “mặt nạ” – một quá trình còn giảm tối thiểu điện trở ở transistor, vì thế làm tăng thêm hiệu suất của nó. Graphene gồm một tấm carbon phẳng sắp xếp theo một mạng hình tổ ong. Kể từ khi chất liệu này lần đầu tiên được tạo ra vào năm 2004, các tính chất điện tử và cơ học độc nhất vô nhị của nó đã gây bất ngờ cho các nhà nghiên cứu, họ đã nhìn thấy nó trong nhiều ứng dụng tiềm năng. Đặc biệt, nó có thể dùng để chế tạo các transistor cực nhanh vì các electron trong graphene hành xử giống như các hạt tương đối tính không có khối lượng nghỉ. Điều này có nghĩa là chúng băng vèo qua chất liệu này ở những tốc độ cực cao. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều thách thức phải vượt qua trước khi giâc mơ điện tử học toàn graphene trở thành hiện thực. Một trong những thách thức này là phát triển một kĩ thuật chế tạo mang lại những dụng cụ gần như không có khiếm khuyết, yêu cầu cho đến nay vẫn chưa đạt được. Sơ đồ cấu tạo của dụng cụ cho thấy cực phát, cực gốc và cực thu. (Ảnh: X Duan) Các phương pháp xử lí thông thường dùng để sản xuất các transistor hiệu ứng trường silicon oxide kim loại tiên tiến (MOSFET) sử dụng một cấu trúc cổng tự canh hàng để đảm bảo rìa của cực gốc, cực thu và cực phát được định vị chính xác. Kĩ thuật này tránh được bất kì sự chồng lấn nào giữa các điện cực, do đó làm giảm thiểu điện trở trong dụng cụ. (Điện trở cao là liều thuốc độc đối với các dụng cụ nano vì nó làm chúng hoạt động chậm đi) Kĩ thuật tương tự không hoạt động đối với graphene vì nó sẽ đưa những khiếm khuyết không thể tránh khỏi vào trong mạng tinh thể của chất. Duan và các đồng nghiệp đã sử dụng một dây nano nhân-vỏ cobalt-silicide-alumina làm cổng trên cùng trong transistor graphene của họ. Cấu trúc nano điện môi này được chế tạo trong một bước tách biệt và sau đó đặt đơn giản lên trên một lớp đơn graphene. Theo Duan, một phương pháp như vậy không đưa bất kì khiếm khuyết đáng kể nào vào trong chất liệu. Mặt nạ dây nano Sau đó, các nhà nghiên cứu đặt một lớp mỏng platinum lên trên graphene – đặt ngang qua dây nano sao cho dây phân chia màng mỏng graphene thành hai vùng tách biệt. Hai vùng tách biệt này sau đó hình thành nên các cực gốc và cực thu tự canh chỉnh liền kề với cực phát dây nano. Trong phương pháp này, mặt nạ dây nano còn xác định chiều dài cực phát của dụng cụ, trong trường hợp này vào khoảng 140 nm. Dụng cụ hoàn chỉnh có độ hỗ dẫn cao nhất từng được báo cáo đối với những dụng cụ như vậy, 1,27 mSµm[SUP]–1[/SUP]. Độ hỗ dẫn của một transistor xác định nó hoạt động hiệu quả như thế nào. Các phép đo vi sóng đối với transistor trên còn cho thấy chúng có tần số ngưỡng nội phá kỉ lục trong vùng 100-300 GHz, nhanh hơn khoảng hai lần so với các MOSFET silicon tốt nhất có cùng kích thước. Cuối cùng, độ linh động của các dụng cụ trên (cái xác định mức độ nhanh của các electron chuyển động trong chúng) vào khoảng 20.000 cm[SUP]2[/SUP]/Vs – một giá trị tốt hơn khoảng hai bậc độ lớn so với các transistor silicon thương mại kích thước ngang ngửa. “Việc chứng minh các transistor graphene với tần số ngưỡng có thể sánh với các transistor tốt nhất trên thị thường đánh dấu một bước phát triển cực kì quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu graphene”, Duan nói. “Điều này chứng minh rõ ràng tiềm năng hấp dẫn của các dụng cụ điện tử gốc graphene cho các mạch điện cao tần trong tương lai”. Hiện nay, đội nghiên cứu có kế hoạch chế tạo ra các transistor có chiều dài cực phát nhỏ hơn để đẩy tần số ngưỡng lên cao hơn nữa – có lẽ lên tới 1 THz. “Chúng tôi cũng hi vọng tăng quy mô cho phương pháp để sản xuất hàng loạt các transistor graphene tốc độ cao trên những chất nền rộng, kể cả các chất nền dẻo”, Duan tiết lộ. Công trình được công bố trên tạp chí Nature. Nguồn: physicsworld.com ————— Post added at 09:52 AM ————— Previous post was at 09:47 AM ————— Graphene cho hiệu ứng Faraday rõ nét Trích từ: http://360.thuvienvatly.com/tin-tuc/tin-vat-ly/1-2010/1093-graphene-cho-hieu-ung-faraday-ro-net Sơ đồ mô tả sự quay Faraday trong Graphene. Ánh sáng tới truyền theo trục z (cũng là hướng của từ trường ngoài B), và phân cực theo hướng Y. Ảnh: Alexey Kuzmenko. |
