Novinky ze světa grafenu: solární články a dvojvrstvé tranzistory

Nedávno navržený tranzistor BISFET (bilayer pseudospin field-effect transistor) by mohl být realizován právě grafenem - jeho dvěma vrstvami, které by nad sebou byly uspořádány tak, aby spolu jen minimálně interagovaly.

Novinky ze světa grafenu: solární články a dvojvrstvé tranzistory


Po nějaké době se na Computerworldu budeme věnovat výzkumu nových technologií založených na grafenu, dalších uhlíkových materiálech, ale i sloučeninách, která představují pro grafen konkurenci, protože nabízejí podobné vlastnosti.

Začneme třemi výzkumy, které byly provedeny v ČR, konkrétně na oddělení elektrochemických materiálů Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Na grafen se zde zaměřují badatelé okolo prof. Ladislava Kavana, dr. Martina Kalbáče a dr. Otakara Franka. Nové poznatky byly publikovány ve třech článcích v časopisu Nano Letters.

První práce ukazuje nasazení grafenu v barvivem senzitizovaných solárních článcích místo platiny. Grafenové nanodestičky ve formě opticky transparentního filmu vykazují vynikající elektrokatalytické vlastnosti pro redox mediátory na bázi kobaltu. V tomto případě grafen jednoznačně překonává platinu jako katalyzátor. Tento objev má zřejmou aplikaci pro novou generaci solárních článků, u kterých badatelé prokázali rekordní účinnost konverze solární energie přes 12 %. Článek s grafenovou katodou překonává vlastnosti článku s platinovou katodou zejména ve faktorech zaplnění a v účinnosti při vysoké intenzitě osvětlení.

Další z nadějných aplikací grafenu je nahrazení křemíku v logických obvodech. Teprve nedávno zveřejněný koncept tzv. BISFET tranzistoru (bilayer pseudospin field-effect transistor) by mohl být realizován právě grafenem, přesněji řečeno jeho dvěma vrstvami, které by ale byly uspořádány nad sebou tak, aby jejich vzájemná interakce byla minimální. Takový tranzistor by pak měl až tisícinásobně nižší spotřebu energie než ty současné konvenční na bázi křemíku. Tento koncept je však stále ještě pouze teoretický a představuje velkou výzvu pro výzkum. Jedním ze zásadních kroků je zde pochopení procesů při dopování grafenu (v tomto případě inzerci či extrakci elektronů) a při přenosu náboje mezi jeho vrstvami. Právě touto problematikou se zabývala další publikovaná práce. Výsledek: elektrochemické dopování obou vrstev probíhá obdobně, což se liší od chování analogického systému, tj. dvoustěnných uhlíkových nanotrubiček. Kromě toho bylo rovněž zjištěno, že dopování může vést ke zmenšení interakce mezi vrstvami, a tím by mohlo být užitečným nástrojem pro modifikaci vlastností grafenových dvouvrstev, např. právě v tranzistorech BISFET.

Dvouvrstvým grafenem, tentokrát ovšem s periodickým AB uspořádáním, a jeho mechanickými vlastnostmi, se zabývá poslední práce vědců z Ústavu fyzikální chemie.  Cílem výzkumu bylo prověřit možnost otevření zakázaného pásu v jinak perfektně vodivém grafenu pomocí mechanického namáhání. Dosavadní teoretické úvahy tuto možnost předkládaly jako téměř jistou, nicméně prakticky takový pokus ještě realizován nebyl. Zmíněná práce, jež vznikla mimo jiné ve spolupráci s týmem prof. Konstantina Novoselova, nositele Nobelovy ceny za objev grafenu, ukazuje možnost otevření zakázaného pásu nerovnoměrným namáháním obou vrstev, kdy v určitých definovaných momentech dojde k nepatrnému porušení jinak perfektní symetrie AB grafenu. To pak vede k nepatrné, ale zásadní změně elektronové struktury, analogicky k nerovnoměrnému nabíjení dvou vrstev, pomocí něhož bylo otevírání zakázaného pásu prokázáno již dříve. Uvedený postup pomocí mechanického napětí by ovšem mohl být realizován snadněji, například kombinací správně upraveného substrátu na spodní straně a elektrod na svrchní vrstvě.

Pokračování o novinkách ze světa grafenu najdete na tomto místě za týden.











Komentáře