(PhysOrg.com) -- Fysiker har undersökt den renaste grafenen hittills, och har funnit att materialet har oöverträffad hög elektronisk kvalitet. Upptäckten har höjt ribban för detta relativt nya material, och utmanar forskare att ta reda på hur perfekt grafen kan vara.

Teamet av forskare, Petr Neugebauer, et al, från Grenoble High Magnetic Field Laboratory i Frankrike, har publicerat sin studie i ett färskt nummer av Fysiska granskningsbrev , kallad "Hur perfekt kan grafen vara?" Forskarna fann att deras naturligt förekommande grafenprov hade en bärarrörlighet nästan två storleksordningar högre än andra typer av grafen, och en spridningstid som avsevärt överstiger de som rapporterats i alla konstgjorda grafenprover. Båda egenskaperna kan öppna dörrarna för framtida utvecklingar inom grafenteknologier.

"Huvudfynden av vårt papper är definitivt upptäckten att det finns grafen av exceptionellt hög kvalitet i naturen, mycket bättre än konstgjorda exemplar framställda med någon av dagens metoder, antingen genom exfoliering av bulkgrafit eller epitaxiell tillväxt, ” berättade medförfattaren Milan Orlita PhysOrg.com . "Frågan för den nuvarande tekniken är alltså inte längre om kvaliteten på dagens exemplar kan höjas avsevärt, men istället, hur man gör det. Och det är bara kvaliteten på exemplar som är, som många forskare tror, begränsar ytterligare framsteg i grafens fysik."

Experimentellt realiserat för första gången 2004, grafen består av ett enatoms tjockt ark av kolatomer arrangerade i ett sexkantigt bikakegaller, ger det utseendet av kycklingnät. Grafen är den grundläggande byggstenen i flera andra kolallotroper:t.ex. grafenark staplade tillsammans skapar grafit; upp rullad, de gör kolnanorör; och rullade in i en sfär, de blir buckyballs. Därför, Att hitta en mer perfekt form av grafen kan få viktiga konsekvenser för många områden inom nanoteknik och materialvetenskap.

Som fysikerna förklarar i sin studie, det har gjorts en hel del forskning för att utforska grafens kvantelektrodynamiska egenskaper. Dock, ytterligare framsteg verkar begränsas av den otillräckliga elektroniska kvaliteten hos konstgjorda grafenstrukturer. Dessutom, grafens substrat och andra omgivande medier tenderar att försämra den elektroniska kvaliteten på grafenprover. Prover av högre kvalitet är avgörande för att utforska de realistiska gränserna och kvantfenomenen i grafen.

I en studie publicerad tidigare i år i Fysiska granskningsbrev , ett annat team av forskare upptäckte en form av grafen som består av väldefinierade grafenflingor i form av ark placerade på - men frikopplade från - ytan av bulkgrafit (Li, et al .). Inte bara är denna grafen välstrukturerad, men den underliggande grafiten fungerar också som ett väl anpassat substrat för att undersöka grafenskiktet, vilket är vad Grenoble-forskarna gör i den aktuella studien.

Som forskarna förklarar, den fysiska mekanismen bakom den rena grafenens goda elektroniska egenskaper beror på dess kvantegenskaper - i synnerhet, dess väldefinierade kvantisering. I experiment, forskarna fann att grafenens Dirac-liknande elektroniska tillstånd är kvantiserade i magnetiska fält ner till 1 milliTesla, och de förväntar sig att kvantiseringen ska överleva så lågt som 1 mikroTesla.

De nya mätningarna av grafens extremt höga bärarrörlighet sätter nya och överraskande höga gränser för grafens potentiella egenskaper. Fysikerna hoppas att frågan om hur perfekt grafen kan vara kommer att få ett slutgiltigt svar som bådar gott för den fortsatta utvecklingen av grafenteknologier, även om Orlita noterade att ansökningar kanske inte kommer på ett tag.

"Enligt min åsikt, vi är fortfarande relativt långt ifrån verkliga tillämpningar av grafen och det mesta av dagens arbete med grafen drivs av det grundläggande intresset, " han sa. "Ändå, bara den grundläggande forskningen kräver prover av högre kvalitet, eftersom det finns ett antal fenomen som förutsägs teoretiskt (t.ex. relaterade till kvantelektrodynamiken på Dirac-fermioner), som fortfarande måste bekräftas experimentellt."

Mer information: P. Neugebauer, M. Orlita, C. Faugeras, A.-L. Barra, M. Potemski. "Hur perfekt kan grafen vara?" Fysiska granskningsbrev . 103, 136403 (2009). DOI:10.1103/PhysRevLett.103.136403

Copyright 2009 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.