Hướng tới hiểu rõ hơn về graphene lớp đôi

>>>Xem Thêm: Graphene - Chất liệu phẳng nhất thế giới

>>>Xem Thêm: Nghiên cứu mới nhất về graphene có thể dẫn tới các cải tiến cho tai nghe bluetooth và các dụng cụ khác

“Graphene là một chất liệu rất tuyệt vời với một số khả năng thật hấp dẫn, trong đó có việc sử dụng trong các dụng cụ điện tử”, Pablo Jarillo-Herrero phát biểu. “Tuy nhiên, tất cả các hệ graphene đều khác nhau về mặt điện tử học. Graphene lớp đơn có các tính chất khác với graphene lớp đôi, và hai loại này có các tính chất khác với graphene có nhiều lớp hơn. Cái chúng tôi muốn làm là tìm hiểu các tính chất đặc biệt của graphene lớp đôi để có thể biết cách sử dụng nó cho các ứng dụng khác nhau”.

Jarillo-Herrero là một nhà khoa học tại MIT. Ông làm việc chung với Thiti Taychatanapat, tại Harvard, để nghiên cứu một số tính chất của graphene lớp đôi, và xác định sự chuyển vận điện tử hoạt động như thế nào dưới những điều kiện nhất định.

Một trong các nguyên do khiến các chất bán dẫn hoạt động tốt trong các dụng cụ kĩ thuật số là chúng có cái gọi là dải khe năng lượng. Dải khe này cho phép các chất bán dẫn tắt mở chế độ dẫn. Để cho graphene hoạt động như một chất thay thế có giá trị cho những chất bán dẫn này, thì một số loại khe sẽ cần phải được mở ra trong cấu trúc điện tử.

“Người ta đã chứng minh rằng có thể mở ra một dải khe trong graphene lớp đôi”, Jarillo-Herrero nói. “Tuy nhiên, khe chuyển vận điện tử hiệu dụng nhỏ hơn khoảng 100 lần so với dải khe lí thuyết hay dải khe quang học. Sự khác biệt này mang lại các trở ngại. Chúng tôi muốn tìm hiểu các tính chất của graphene lớp đôi gây ra hiện tượng này, và nghiên cứu xem nó có thể thay đổi như thế nào”.

Jarillo-Herrero và Taychatanapat đưa ra một cái nhìn có hệ thống vào cách thức dải khe hoạt động trong graphene lớp đôi. Họ nhận thấy dải khe đó nhỏ hơn khi đo ở những thấp chưa tới bốn độ Kelvin. “Các nghiên cứu của chúng tôi cho thấy dải khe đó vẫn đủ lớn để chuyển mạch các transistor giữa trạng thái on và off, nhưng tỉ số on/off chỉ đủ cao – vào bậc một triệu - ở các nhiệt độ thấp, và chúng tôi tường thuật kết quả này lần đầu tiên ở graphene lớp đôi”, Jarillo-Herrero nói.

Tuy nhiên, vấn đề chính yếu là để cho graphene lớp đôi hoạt động như một chất thay thế bán dẫn có giá trị, thì nó phải có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng. Dẫu vậy, Jarillo-Herrero vẫn đang nuôi hi vọng. “Đây là một bước tiến đầu tiên rất quan trọng giúp chúng ta hiểu một cách khoa học cái đang xảy ra ở những nhiệt độ thấp, và hiểu cơ chế không cho phép sự chuyển vận điện tử hoạt động ở nhiệt độ cao”.

Jarillo-Herrero tin rằng một trong các vấn đề là graphene thường đặt trên silicon oxide, cái gây ra sự mất trật tự điện tử. “Trên silicon oxide, các electron không có dải khe trọn vẹn của chúng”, Jarillo-Herrero giải thích. “Cho nên, chúng tôi cố gắng mô tả sự mất trật tự đó và loại bỏ nó. Một cách làm như vậy là đưa graphene lên những chất nền khác. Khi thực hiện được điều này, sẽ có vô số tiến bộ mới. Boron nitride đặc biệt có triển vọng, nhưng một số nhóm nghiên cứu cũng đang thử graphene lớp đôi trên những chất nền khác”.

Cuối cùng, Jarillo-Herrero hi vọng thông tin có được từ sự chứng minh này sẽ giúp đưa đến việc sử dụng graphene lớp đôi trong điện tử học kĩ thuật số. “Nghiên của chúng tôi mang lại một sự khởi đầu cho việc tìm hiểu các transistor graphene lớp đôi hoạt động như thế nào, và tìm hiểu độ linh động của các electron trong graphene. Hi vọng rằng khi chúng ta hiểu các tính chất của graphene rõ hơn, thì chúng ta có thể hướng đến công nghệ tích hợp tương lai với điện tử học và những ứng dụng khác”, ông nói.

“Loại nghiên cứu cơ bản này rất quan trọng”, Jarillo-Herrero bổ sung thêm. “Mọi thứ luôn phải bắt đầu ở cấp độ cơ bản trước khi chúng ta tiến xa thêm, và công trình của chúng tôi đưa đến việc sử dụng graphene trong điện tử học”.

Nguồn: PhysOrg.com