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石墨烯能夠在納米尺度上傳輸巨大的電流

http://www.freeoye.com   來源:端科技  日期:2019/03/13

新實驗表明,極高電流有可能通過石墨烯,這是一種碳。這允許快速校正電荷的不平衡。

再一次,石墨烯已被證明是一種相當特殊的材料:由TU Wien應用物理研究所的Fritz Aumayr教授領導的國際研究團隊能夠證明石墨烯中的電子極易移動并且反應非常迅速。在石墨烯膜上撞擊具有特別高電荷的氙離子導致大量電子在非常精確的點中從石墨烯上撕下。然而,該材料能夠在幾飛秒內取代電子。這導致極高電流,在正常情況下不能維持。其非凡的電子特性使石墨烯成為未來電子領域應用的理想選擇。

石墨烯能夠在納米尺度上傳輸巨大的電流

Helmholtz-Center Dresden-Rossendorf和杜伊斯堡 - 埃森大學與TU Wien一起參加了實驗。國際團隊得到了巴黎和圣塞巴斯蒂安以及內部員工(TU Wien理論物理研究所)的理論支持。

高電荷離子

“我們使用極高電荷的氙離子,”Aumayr教授研究團隊的博士生Elisabeth Gruber解釋道。“從氙原子中除去多達35個電子,這意味著原子具有高正電荷。”

然后將這些離子在獨立的石墨烯單層上燒制,石墨烯夾在微觀小支架之間。“氙離子穿透石墨烯薄膜,從而將碳原子從石墨烯中敲出 - 但效果非常小,因為在石墨烯中打開的間隙隨后又被另一個碳原子重新填充,”Elisabeth Gruber解釋說。“對我們來說,更有趣的是高電荷離子的電場如何影響石墨烯薄膜中的電子。”

甚至在高電荷的氙離子與石墨烯膜碰撞之前就會發生這種情況。當高電荷離子接近時,由于其極強的電場,它開始將電子從石墨烯上撕下。到離子完全通過石墨烯層時,它的正電荷小于10,而開始時則超過30。離子能夠從石墨烯薄膜的微小區域提取超過20個電子。

這意味著石墨烯層現在缺少電子,因此圍繞氙離子撞擊點的碳原子帶正電。“你現在期望發生的事情是這些帶正電的碳離子相互排斥,在所謂的庫侖爆炸中飛走,在材料中留下很大的間隙,”Helmholtz-Center Dresden-Rossendorf的Richard Wilhelm說。目前在TU Wien擔任博士后助理。但令人震驚的是,事實并非如此。石墨烯中的正電荷幾乎瞬間被中和。

這是唯一可能的,因為在幾個飛秒(千萬億分之一秒)的極短時間內,石墨烯中可以替換足夠數量的電子。'材料對氙離子引起的破壞的電子響應非常迅速。Elisabeth Gruber解釋說,來自石墨烯薄膜相鄰區域的強電流在爆炸之前迅速重新供應電子,正電荷相互排斥。“在正常情況下,電流密度比導致材料破壞的電流高約1000倍 - 但在這些距離和時間尺度上,石墨烯可以承受這種極端電流而不會受到任何損害。”

超快電子產品

石墨烯中極高的電子遷移率對于許多潛在的應用具有重要意義:“希望由于這個原因,可以使用石墨烯來構建超快電子器件。石墨烯似乎也非常適合用于光學,例如連接光學和電子元件,“Aumayr說。

 
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