(PhysOrg.com) - Grafen är ett tvådimensionellt kristallint ark med kolatomer - vilket betyder att det bara är en atom tjock - genom vilken elektroner kan springa med nästan ljusets hastighet - 100 gånger snabbare än de kan röra sig genom kisel. Detta plus grafens otroliga flexibilitet och mekaniska styrka gör materialet till en potentiell superstjärna för elektronikindustrin. Dock, De bästa elektroniska materialen har en stark signal och svagt bakgrundsljud, att uppnå detta höga signal-brusförhållande har varit en utmaning för både en- och tvåskikt av grafen, speciellt när det placeras på ett substrat av kiseldioxid eller något annat dielektrikum. Ett av problemen för enhetsutvecklare har varit bristen på en bra grafenbrusmodell.

Arbetar med de unika nanovetenskapskapaciteten hos Molecular Foundry vid US Department of Energy (DOE) s Lawrence Berkeley National Laboratory, ett multinstitutionellt team av forskare har utvecklat den första modellen av signal-brus-förhållanden för lågfrekventa ljud i grafen på kiseldioxid. Deras resultat visar brusmönster som går precis motsatsen till brusmönster i andra elektroniska material.

Berkeley Lab materialvetare Yuegang Zhang ledde en studie där det fastställdes att för grafen på kiseldioxid, bakgrundssignalbruset är minimalt nära regionen i grafen där elektrontätheten i tillstånd (antalet energilägen tillgängliga för varje elektron) är lägst. För halvledare, som kisel, i området där elektrontätheten är låg är bakgrundsbruset som högst. Dock, det fanns tydliga skillnader i brusmönstren för en- och tvåskiktsgrafen.

"I det här arbetet, vi presenterar lågfrekventa brusegenskaper med fyra sondar i grafenprover i ett och två lager, med hjälp av en bakgrindad enhetsstruktur som hjälper till att förenkla fysiken för att förstå interaktionerna mellan grafen och kiseldioxidunderlaget, "säger Zhang." För enlagers grafen fann vi att bullret minskades antingen nära eller långt bort från den lägsta elektrontätheten i tillstånd, ibland kallad Dirac -punkten för grafen, bildar ett M-format mönster. För tvåskiktsgrafen, vi hittade en liknande brusreducering nära Dirac -punkten men en ökning bort från den punkten, bildar ett V-format mönster. Brusdata nära Dirac-punkten korrelerade till inhomogenitet i rumsladdning. "

Resultaten av denna forskning rapporteras i tidskriften Nano bokstäver i ett papper med titeln "Effect of Spatial Charge Inhomogenity on 1/f Noise Behavior in Graphene." Medförfattare av papperet med Zhang var Guangyu Xu, Carlos
Torres Jr., Fei Liu, Emil Song, Minsheng Wang, Yi Zhou, Caifu Zeng och Kang Wang.

Huvudförfattare Guangyu Xu, en fysiker vid Institutionen för elektroteknik vid University of California (UC) Los Angeles, säger att den rumsliga laddningshomogeniteten som är ansvarig för grafens unika brusmönster förmodligen orsakades av laddningsföroreningarna nära grafensubstratgränssnittet.

"Vårt experiment utesluter noggrant andra möjliga yttre faktorer som kan påverka resultatet, "Xu säger." Vi avslutar sambandet mellan den avvikande brusfunktionen och den inhomogena rymdladdningen, är en
av huvudbärarspridningsmekanismerna för oupphängda grafenprover. "

Xu säger att denna modell av lågfrekventa brusegenskaper i grafen bör vara en betydande hjälp för att tillverka elektroniska enheter eftersom förspänning vid lågbrusregimen kan utformas i enheten.

"Detta kommer att gynna det höga signal-brusförhållandet i grafen, "Säger Xu.