ترانزيستورها با گرافن هيدروژنه

[maysam.z]

طبق گفته یک گروه تحقیقاتی در اروپا گرافن هیدروژنه شده و نیمه- هیدروژنه شده که به ترتیب گرافان و گرافون نامیده می‌شوند، برای ساختن افزاره‌های الکترونیکی با خواص عالی در مقایسه با خود گرافن مناسب‌تر هستند. این گروه عملکرد این مواد را با مدل‌های قوی رایانه‌ای بررسی کرد. این شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که ترانزیستورهای مبتنی بر گرافان/گرافون نسبت جریان روشن- خاموش بزرگی دارند. این نتایج را می‌توان با توجه به گپ‌های انرژی بزرگ در این مواد توضیح داد.

یک ترانزیستور گرافانی

به گزارش سرویس علم و فن آوری پایگاه اطلاع رسانی صبا به نقل از نانو، گرافن ممکن است بعنوان ماده‌ی انتخابی در الکترونیک آینده، جایگزین سیلیکون شود. با این وجود، عیب اصلی گرافن برای کاربردهای الکترونیکی این است که این ماده یک نیمه‌رسانا با گپ انرژی صفر می‌باشد. خوشبختانه گرافن را می‌توان با قرار دادن آن در معرض بخاری از اتم‌های هیدروژن به آسانی هیدروژنه کرد و به گرافان تبدیل کرد. این فرآیند گپ انرژی بزرگی برابر با چندین الکترون‌ولت در این ماده ایجاد می‌کند. همچنین پیش‌بینی می‌شود که گرافن نیمه- هیدروژنه‌شده خواص فرومغناطیسی داشته باشد و این بدین معنی است که این ماده را می‌توان در کاربردهای اسپینترونیکی استفاده کرد.

اکنون جییانلوکا فی‌اُری و جیوسپ لاناکون از دانشگاه پیسا و همکاران‌شان با محاسبات خود نشان داده‌اند که گرافان و گرافون را می‌توان برای ساخت ترانزیستورهایی با خواص عالی استفاده کرد. این توانایی بواسطه باندگپ مستقیم 4/5 الکترون‌‌ولت برای گرافان و باندگپ غیرمستقیم 2/3 الکترون‌‌ولت برای گرافون می‌باشد.

این دانشمندان با کمک ابررایانه‌ها و با استفاده از محاسبات ab-inito (GW) به دقت باندهای انرژی را محاسبه کردند. بطور کلی چنین محاسباتی طاقت‌فرسا می‌باشند و برای افزاره‌هایی که بیش از حدود هزار اتم دارند، استفاده نمی‌شوند. این محققان یک روش چندمقیاسی مبتنی بر جاسازی (fittin g باندهای انرژی محاسبه شده با یک "هامیلتون پیوند محکم sp3 با سه همسایه نزدیک" را بکار بردند. سپس این روش در یک مدل نیمه‌- کلاسیک که حرکت بالستیکی الکترون‌ها در گرافن را در نظر می‌گرفت، قرار داده شد.

فی‌اُری گفت: ما بدین‌سان قادر به شبیه‌سازی منحنی‌های جریان- ولتاژ و ظرفیت خازنی کوانتومی برای ترانزیستورهای گرافان/گرافون شدیم.

او اضافه کرد: ما نشان دادیم که گرافن هیدروژنه‌شده خواص الکتریکی جذابی برای کاربردهای دیجیتالی دارد. این توانایی‌ها می‌توانند برای ساخت نانوالکترونیک گرافنی بعنوان یک جایگزین واقعی برای CMOS سیلیکونی، بابی باز کنند.

این محققان جزئیات کار خود را در مجله‌ی Physical Review B منتشر کرده‌اند.