Grafen ve třech vrstvách – geometrické hrátky s vodivostí

Fyzikové z University of California v Riverside náhodou objevili novou formu grafenu, která má ještě unikátnější vlastnosti než grafen „obyčejný". Tři atomární vrstvy této modifikace uhlíku jsou v tomto případě poskládány na sobě.

Grafen ve třech vrstvách – geometrické hrátky s vodivostí


Zajímavé je, že elektrické vlastnosti třívrstvého grafenu závisejí na tom, jak jsou vrstvy na sobě „nastohovány". Některé geometrie způsobují vodivost materiálu, jiné vedou k neobvyklému grafenu - izolátoru.
Grafen je monoatomární vrstva obyčejného grafitu. Atomy jsou zde uspořádány v šestiúhelníkové mřížce. Skládání se provádělo tak, že atom ve druhé vrstvě byl posazen nad střed spodního šestiúhelníku. Atomy tedy nebyly nad sebou, ale struktura připomínala spíše způsob, jak se staví z cihel. Třetí vrstva může být nad první (struktura „ABA", viz obrázek vlevo) nebo opět posunutá („ABC", rhombohedral, mimochodem tato zkosená struktura odpovídá i způsobu krystalizace některých nerostů, na obrázku vpravo).
Varianta ABA se chová jako kov. Tato forma je také nejstabilnější. Varianta ABC ale kupodivu funguje jako izolant. Vědci na to přišli náhodou a nemají žádné teoretické vysvětlení tohoto jevu, respektive se neví, jaké přesně interakce mezi elektrony jsou za změnu vlastností/vznik zakázaného pásu odpovědné.
Výzkumný tým vedla Jeanie Lau a článek o objevu vyšel v Nature Physics. Lau sama přirovnává grafen ke kulečníkového stolu, přičemž koulemi zde jsou elektrické náboje. Možných her je nepřeberně. Lze si např. představit, že bychom s třetí vrstvou přesně manipulovali a posun sem a tam by pak fungoval jako přepínač.
Objevitelé grafenu a nositelé Nobelovy ceny A. K. Geim a K. S. Novoselov se současně podíleli na obdobném výzkumu, zaměřeném na dvouvrstvou formu grafenu. Zjistili, že kromě vysoké elektrické a tepelné vodivosti patří k jejím dalším vlastnostem to, že se za běžných podmínek chová, jako jiné látky za vysokých energií („CERN na stole", jak to nazvali).
Jak vidno, paleta exotických vlastností grafenu je široká, a bylo by proto s podivem, kdyby se vize budoucí uhlíkové elektroniky ukázala jako klam. Už samotný fakt, že ve vodivé formě grafenu se elektrony pohybují téměř rychlostí světla, nabízí i možnost jejich přechodu přes pevný materiál (kvantové tunelování). Grafen také vykazuje Peltierův jev, kdy dochází k účinkem průchodu elektrického proudu k chlazení. Elektronické součástky pracující s podobnými efekty by dokázaly překonat mnoho současných omezení.

 

Zdroj: ScienceDaily a další
Obrázek: Kredit University of California Riverside











Komentáře