Efek tepi terpapar: Bagaimana arus rahasia graphene dapat mengubah teknologi
Dalam studi inovatif, para peneliti menemukan bagaimana bilayer graphene Dapat merevolusi pemrosesan data melalui Valleytronics, mengungkapkan bagaimana transportasi elektron sangat bergantung pada keadaan tepi material dan adanya mekanisme transportasi nonlokal.
Temuan mereka membuka jalan bagi penelitian lanjutan dan potensi terobosan dalam desain perangkat elektronik.
Transportasi elektron dalam graphene
Sebuah studi baru -baru ini telah mengungkapkan bahwa transportasi elektron dalam graphene bilayer sangat dipengaruhi oleh keadaan tepi dan mekanisme transportasi nonlokal yang unik. Penelitian ini dipimpin oleh Profesor Gil-Ho Lee dan Ph.D. Calon Hyeon-Woo Jeong dari Departemen Fisika Postech, bekerja sama dengan Dr. Kenji Watanabe dan Dr. Takashi Taniguchi dari Institut Nasional Jepang untuk Ilmu Bahan (NIMS). Temuan mereka diterbitkan di Surat Nanojurnal nanoteknologi terkemuka.
Graphene dan valleytronics bilayer
Bilayer Graphene, yang terdiri dari dua lapisan graphene yang ditumpuk, memiliki kemampuan khusus untuk menyesuaikan celah pita elektroniknya menggunakan medan listrik yang diterapkan secara eksternal. Properti ini sangat penting untuk mengendalikan transportasi elektron dan telah memposisikan graphene bilayer sebagai bahan utama di bidang yang muncul Valleytronics.
Valleytronics mengambil keuntungan dari “lembah” elektron, keadaan kuantum yang bertindak sebagai unit penyimpanan data, memungkinkan pemrosesan data yang lebih cepat dan lebih efisien daripada elektronik tradisional atau spintonik. Berkat celah pita yang dapat disesuaikan, bilayer graphene dianggap sebagai blok bangunan mendasar untuk penelitian Valleytronics di masa depan dan perangkat elektronik generasi berikutnya.
Debat Perlawanan Nonlokal dan Valleytronics
Konsep sentral dalam Valleytronics adalah 'Valley Hall Effect (VHE),' yang menjelaskan bagaimana aliran elektron disalurkan secara selektif melalui status energi diskrit – yang dikenal sebagai “lembah” – dalam bahan yang diberikan. Akibatnya, fenomena luar biasa yang disebut “resistensi nonlokal” muncul, memperkenalkan resistensi yang dapat diukur di daerah yang tidak memiliki aliran arus searah – bahkan tanpa adanya jalur konduksi.
Sementara sebagian besar literatur saat ini menganggap resistensi nonlokal sebagai bukti definitif dari Efek Lembah Aula (VHE), beberapa peneliti berpendapat bahwa kotoran tepi-tepi atau faktor eksternal-seperti proses pembuatan-mungkin juga menghasilkan sinyal yang diamati, meninggalkan perdebatan tentang asal-usul VHE yang belum terselesaikan.
Dampak fabrikasi perangkat pada transportasi elektron
Untuk memastikan sumber definitif resistensi nonlokal dalam graphene bilayer, tim peneliti Posco-NIMS bersama membuat perangkat graphene gate-gate, memungkinkan kontrol celah pita yang tepat. Mereka kemudian membandingkan karakteristik listrik dari tepi graphene yang asli, yang terbentuk secara alami dengan yang diproses secara artifisial menggunakan etsa ion reaktif.
Temuan ini mengungkapkan bahwa resistensi nonlokal pada tepi yang terbentuk secara alami sesuai dengan harapan teoritis, sementara tepi yang diproses etsa menunjukkan resistensi nonlokal melebihi nilai-nilai tersebut dengan dua urutan besarnya. Perbedaan ini menunjukkan bahwa prosedur etsa memperkenalkan jalur konduktif asing yang tidak terkait dengan efek Valley Hall, dengan demikian menjelaskan mengapa celah pita yang berkurang telah diamati pada pengukuran sebelumnya dari graphene bilayer.
“Proses etsa, langkah vital dalam fabrikasi perangkat, belum menerima pengawasan yang cukup, terutama mengenai dampaknya pada transportasi nonlokal,” komentar Hyeon-Woo Jeong, penulis pertama kertas tersebut. “Temuan kami menggarisbawahi kebutuhan untuk menguji kembali pertimbangan ini dan menawarkan wawasan penting untuk memajukan desain dan pengembangan perangkat Valleytronics.”
Referensi: “Ketergantungan tepi transportasi nonlokal dalam graphene bilayer yang gapped” oleh Hyeon-Woo Jeong, Seong Jang, Sein Park, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi dan Gil-Ho Lee, 9 Desember 2024, Surat Nano.
Doi: 10.1021/acs.nanolett.4c02660
Penelitian ini didukung oleh National Research Foundation of Korea (NRF), Kementerian Sains dan TIK, Institut Perencanaan & Evaluasi Teknologi Informasi & Komunikasi (IITP), Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara (AFOSR), Institute for Basic Science (IBS), Samsung Science Technology Foundation, Samsung Electronics Co., LTD, LTD. Premier International Research Center Initiative (WPI).
