La recherche sur les graphes explore de nouvelles possibilités pour les technologies électroniques


La recherche sur les graphes explore de nouvelles possibilités pour les technologies électroniques

Fig. 1 : Dépendance actuelle des oscillations de magnétorésistance dans les barres Hall de graphène monocouche. a Image au microscope optique de la barre Hall de graphène (W = 15 m) et représentation schématique de la configuration de mesure. b Tracé de la résistance différentielle ry = dVy / dI à T = 5 K en fonction de B pour les courants continus, I, entre 0 (bleu) et 140 A (rouge) par pas de 14 μA, les courbes sont clarté 0,7 décalage. Les accolades indiquent l’apparition d’oscillations magnétiques hors d’équilibre supplémentaires (NEMO), qui ont été examinées en détail dans les figures 1 et 2. 2 et 3. Les crochets avec la désignation SdH indiquent les oscillations de Shubnikov-de-Haas et les crochets avec la désignation MF désignent les pics de focalisation magnétique. Crédit photo : DOI : 10.1038 / s41467-021-26663-4

Une équipe de chercheurs a montré qu’un bang sonique et des ondes sonores à décalage Doppler peuvent être générés dans un transistor graphique, fournissant de nouvelles informations sur ce matériau de renommée mondiale et son potentiel d’utilisation dans les électroniques à l’ nanométrique.

Lorsqu’une voiture de police fonce vers vous et passe avec son bruit de sirène, vous entendrez un changement distinct dans la fréquence du bruit de la sirène. C’est l’effet Doppler. Lorsque la vitesse d’un avion à réaction dépasse la vitesse du son (environ 760 mph), la pression qu’il exerce sur l’air crée une onde de choc qui peut être entendue comme un fort bang sonique ou un coup de tonnerre ; C’est l’effet Mach.

Des scientifiques des universités de Loughborough, Nottingham, Manchester, Lancaster et Kansas ont découvert qu’une version mécanique quantique de ces phénomènes se produit dans un transistor électronique fabriqué à partir de graphène très pur. Son nouvel article, Graphene’s Non-Equilibrium Fermions Reveal Doppler-Shifted Magnetophonone Resonances Accompanied by Mach Supersonic and Landau Velocity Effects, a été publié aujourd’hui dans. publié Communication nature.

Le graphène est plus de 100 fois plus résistant que l’acier et en même temps extrêmement léger, plus de 100 fois plus conducteur que le silicium et a la plus faible résistance spécifique à température ambiante de tous les matériaux connus. Ces propriétés rendent le graphène bien adapté à un certain nombre d’applications, y compris les revêtements pour améliorer les écrans tactiles des téléphones et des tablettes et pour accélérer les circuits électroniques.

L’équipe de recherche a utilisé des champs électriques et magnétiques puissants pour accélérer un flux d’électrons dans une monocouche atomiquement mince de graphène constituée d’un réseau hexagonal d’atomes de carbone.

À une densité de courant suffisamment élevée, qui correspond à environ 100 milliards d’ampères par mètre carré qui traverse la couche atomique individuelle de carbone, le courant d’électrons atteint une vitesse de 14 kilomètres par seconde (environ 30 000 mph) et commence à secouer les atomes de carbone , c’est-à-dire émettent des faisceaux quantifiés d’énergie sonore, appelés phonons acoustiques. Cette émission de phonons est reconnue comme une augmentation résonnante de la résistance électrique du transistor ; un bang supersonique est observé dans les graphiques.

Les chercheurs ont également observé un analogue de la mécanique quantique de l’effet Doppler à des courants plus faibles, lorsque des électrons à haute énergie sautent entre des orbites cyclotron quantifiées et que les phonons acoustiques émettent des ondes par rapport à celles avec un décalage de type Doppler vers le haut ou vers le bas, selon le direction du son des électrons en course.

En refroidissant leur transistor au graphène à la température de l’hélium liquide, l’équipe a découvert un troisième phénomène dans lequel les électrons interagissent les uns avec les autres par le biais de leur charge électrique et font des sauts « sans phonon » entre les niveaux d’énergie quantifiés à une vitesse critique, le Landau vitesse.

Dr. Mark Greenway de Loughborough, l’un des auteurs de l’article, a déclaré : « C’est fantastique de voir tous ces effets simultanément dans une monocouche de graphène. Equilibrium quantum traite en détail et comprend comment les électrons du graphène, accélérés par un fort champ électrique, se dispersent et perdent leur magnétorésistance résonante dissipatrice d’énergie du graphène. »

Les appareils ont été fabriqués au National Graphene Institute de l’Université de Manchester.

Dr. Piranavan Kumaravadivel, responsable de la conception et du développement des appareils, déclare : « La taille et la haute qualité de nos appareils sont essentielles pour observer ces phénomènes. Nos appareils sont suffisamment grands et purs pour que les électrons interagissent presque exclusivement avec des phonons et d’autres électrons que ces résultats stimuleront des études similaires de phénomènes de non-équilibre dans d’autres matériaux 2D.Nos mesures montrent également que des feuilles de graphène de haute qualité peuvent transporter des densités de courant continu très élevées. qui correspondent à ceux des supraconducteurs. Les transistors au graphène de haute pureté pourraient trouver des applications futures dans les technologies de l’électronique de puissance à l’échelle nanométrique.  »


Un nouveau phénomène quantique aide à comprendre les limites fondamentales de l’électronique graphique


Plus d’information:
MT Greenaway et al., Les fermions hors équilibre du graphène montrent des résonances de magnétophonons décalées par Doppler, accompagnées d’effets supersoniques de Mach et de vitesse de Landau, Communication nature (2021). DOI : 10.1038 / s41467-021-26663-4

Fourni par l’Université de Loughborough

Citation: Graph research nouvelles pour les technologies électroniques (2021, 4 novembre), consulté le 4 novembre 2021 à https://phys.org/news/2021-11-graphene-possibilities-electronic-technologies.html

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