Behzad AZ
06-24-2010, 06:58 AM
اختراع روشي براي توليد ورقه هاي گرافين با كيفيت بالا
روش هاي كنوني منفرد كردن گرافين هر يك مشكلاتي به همراه دارد. معمولترين اين روشها تقسيم مكانيكي است (يعني جدا كردن ورقه ها از يك كريستال بزرگتر)، اما اين روش نميتواند به گونه اي قابل اعتماد نمونه هاي گرافين به اندازه كافي بزرگ براي كاربرد را توليد كند.
روش ديگر كه در آن ساختار اتمي يك زير لايه بعنوان بذري براي رشد گرافين مورد استفاده قرار ميگيرد و به رشد همبافته (epitaxial growth) نيز مشهور است، نمونه اي با ضخامت يكنواخت از لايه هاي گرافين توليد نميكند در حالي كه پيوند بين لايه عمقي گرافين و زير لايه ممكن است روي خواص لايه هاي كربن تاثير گذار باشد.
گروه آزمايشگاه Brookhaven تكنيك خود را بر اساس اين روش دوم پايه گذاري كرده اند، با اين تفاوت كه توانستند گرافين را با يك روش لايه به لايه كنترل شده رشد دهند.
زير لايه انتخابي آنها يك ماده نادر به اسم روتنيم (ruthenium )است و در حالي كه لايه عمقي گرافين به طور قوي در حال برهمكنش با زير لايه يعني روتنيم است،اما لايه بالاتر اغلب بطور كامل جدا شده است و تنها بصورتي ضعيف از نظر الكتريكي با آن جفت شده و بيشتر شبيه يك گرافين ساده رفتار ميكند.
Peter Sutter فيزيكدان آزمايشگاه Brookhaven كه رهبري اينكار به عهده اوست ميگويد :
" اين لايه دوم ساختار الكتروني ذاتي گرافين را حفظ ميكند. بنابراين احتمالا يافته هاي ما روشي مطلوب را براي ساخت معقولانه گرافين و خلق با كيفيت آن براي كاربرد تجهيزات الكترونيكي و سنسورها ارائه ميكند. "
http://www.physorg.com/newman/gfx/news/grapheneruthenium.jpg
طرحي كلي از اولين لايه گرافين (G) رشد يافته بر روي زير لايه روتنيم (Ru)
گرافين داراي چندين ويژگي است كه آنرا براي كاربرد هاي الكترونيك مطلوب ميسازد. يكي از اين خواص قابليت حركت بسيار بالاي حاملهاي بار در آن است. الكترونها در گرافين نسبتا آزادانه حركت ميكنند. همچنين گرافين به يك تك مولكول گاز ميتواند واكنش نشان بدهد و در نتيجه براي ساخت ماده ردياب در سنسورها از جذابيت زيادي برخوردار است.
فرآيند ابتكاري رشد اين گروه در دماي بالا اتفاق مي افتد. براي شروع، محققان اتمهاي كربن را وادار ميكنند تا جذب روتنيم شوند و اين كار را با حرارت دادن كل نمونه تا دماي 1150 درجه سلسيوس انجام ميدهند. سپس نمونه تا حدود 850 درجه سلسيوس سردميشود و اين كار باعث خواهد شد مقادير زيادي از اتمهاي جذب شده درون روتنيم، به سطح آن بازگردند. اين اتمهاي كربن بصورت نقطه نقطه روي سطح تك لايه هاي جزيره اي لنز مانندي با پهناي حدود 100 ميكرومتر (يك ميليونيم متر) تشكيل ميدهند.
سر انجام،اين جزاير رشد ميكنند و بصورت يك لايه گرافين اوليه كامل در مي آيند و زماني كه پوشش به حدود 80% رسيد رشد لايه بعد شروع ميشود.
Sutter و گروهش اين رشد را مشاهده كردند و به مطالعه خواص گرافين، با استفاده از تجهيزات مختلفي از جمله يك ميكروسكوپ الكتروني پويشي و يك ميكروسكوپ الكتروني انرژي پايين پرداختند.
روش هاي كنوني منفرد كردن گرافين هر يك مشكلاتي به همراه دارد. معمولترين اين روشها تقسيم مكانيكي است (يعني جدا كردن ورقه ها از يك كريستال بزرگتر)، اما اين روش نميتواند به گونه اي قابل اعتماد نمونه هاي گرافين به اندازه كافي بزرگ براي كاربرد را توليد كند.
روش ديگر كه در آن ساختار اتمي يك زير لايه بعنوان بذري براي رشد گرافين مورد استفاده قرار ميگيرد و به رشد همبافته (epitaxial growth) نيز مشهور است، نمونه اي با ضخامت يكنواخت از لايه هاي گرافين توليد نميكند در حالي كه پيوند بين لايه عمقي گرافين و زير لايه ممكن است روي خواص لايه هاي كربن تاثير گذار باشد.
گروه آزمايشگاه Brookhaven تكنيك خود را بر اساس اين روش دوم پايه گذاري كرده اند، با اين تفاوت كه توانستند گرافين را با يك روش لايه به لايه كنترل شده رشد دهند.
زير لايه انتخابي آنها يك ماده نادر به اسم روتنيم (ruthenium )است و در حالي كه لايه عمقي گرافين به طور قوي در حال برهمكنش با زير لايه يعني روتنيم است،اما لايه بالاتر اغلب بطور كامل جدا شده است و تنها بصورتي ضعيف از نظر الكتريكي با آن جفت شده و بيشتر شبيه يك گرافين ساده رفتار ميكند.
Peter Sutter فيزيكدان آزمايشگاه Brookhaven كه رهبري اينكار به عهده اوست ميگويد :
" اين لايه دوم ساختار الكتروني ذاتي گرافين را حفظ ميكند. بنابراين احتمالا يافته هاي ما روشي مطلوب را براي ساخت معقولانه گرافين و خلق با كيفيت آن براي كاربرد تجهيزات الكترونيكي و سنسورها ارائه ميكند. "
http://www.physorg.com/newman/gfx/news/grapheneruthenium.jpg
طرحي كلي از اولين لايه گرافين (G) رشد يافته بر روي زير لايه روتنيم (Ru)
گرافين داراي چندين ويژگي است كه آنرا براي كاربرد هاي الكترونيك مطلوب ميسازد. يكي از اين خواص قابليت حركت بسيار بالاي حاملهاي بار در آن است. الكترونها در گرافين نسبتا آزادانه حركت ميكنند. همچنين گرافين به يك تك مولكول گاز ميتواند واكنش نشان بدهد و در نتيجه براي ساخت ماده ردياب در سنسورها از جذابيت زيادي برخوردار است.
فرآيند ابتكاري رشد اين گروه در دماي بالا اتفاق مي افتد. براي شروع، محققان اتمهاي كربن را وادار ميكنند تا جذب روتنيم شوند و اين كار را با حرارت دادن كل نمونه تا دماي 1150 درجه سلسيوس انجام ميدهند. سپس نمونه تا حدود 850 درجه سلسيوس سردميشود و اين كار باعث خواهد شد مقادير زيادي از اتمهاي جذب شده درون روتنيم، به سطح آن بازگردند. اين اتمهاي كربن بصورت نقطه نقطه روي سطح تك لايه هاي جزيره اي لنز مانندي با پهناي حدود 100 ميكرومتر (يك ميليونيم متر) تشكيل ميدهند.
سر انجام،اين جزاير رشد ميكنند و بصورت يك لايه گرافين اوليه كامل در مي آيند و زماني كه پوشش به حدود 80% رسيد رشد لايه بعد شروع ميشود.
Sutter و گروهش اين رشد را مشاهده كردند و به مطالعه خواص گرافين، با استفاده از تجهيزات مختلفي از جمله يك ميكروسكوپ الكتروني پويشي و يك ميكروسكوپ الكتروني انرژي پايين پرداختند.