GELİŞMİŞ KUANTUM CİHAZLARI İÇİN GRAFEN NANO

Atomik düzeyde hassasiyete sahip grafen nanoribbonlar, taşıma, optik ve elektronik özelliklerdeki dikkate değer ayarlanabilirlikleri nedeniyle daha spesifik olarak çok fazla dikkat ve ilgi çekmektedir.

Yüzey üstü sentez yaklaşımına dayanan grafen nanoribbonların sentezi, temel olarak metalik substratların tasarımcı elektronik özelliklerini derinlemesine taradığı ve daha da fazla uygulamayı kısıtladığı metal yüzeyin desteklediği kimyasal reaksiyonlara göredir.

Giriş

Sorunun üstesinden gelmek için, doğrudan yarı iletken metal oksit yüzeylerinde atomik düzeyde hassasiyete sahip grafen şeritler elde etmek için yeni bir yüzey sentezi sentezi yaklaşımı önerilmektedir. Çok adımda tetiklenen dönüşümler öncülerde önceden programlanmıştır ve karbon brom ve karbon-flor bağlarının oldukça sıralı ve seçici aktivasyonlarına ve siklodehidrojenasyona bağlıdır.

Enstrümantasyona Yüzey Sentezi Bağımlılığı

Taramalı tünelleme mikroskopisi, projenin öncü materyali manipüle etme ve nihai sonuçları değerlendirme açısından başarıya ulaşmasına yardımcı olmak için kritik bir teknik olarak kabul edilir. Taramalı tünelleme mikroskobu, SEM mikrograflarını doğrudan hazırlamayı ve malzemeyi atomik ölçeklerde manipüle etmeyi mümkün kılar. Bunu yaparken, bu mikroskoplar, tek bir atomun boyutuna eşit olacak kadar ince bir iğne ile donatılmıştır. Bu mikroskoplar, yüzey yedeği arasındaki olası ihlalleri sürekli olarak ölçmek ve yüzey yapısının atomik olarak doğru topografyasını oluşturmak için yüzey üzerinde çok hassas ve satır satır hareket edebilir. Grafen nanoribbonların elde edilmesine yönelik önceki çalışmalarda, malzeme, nanoribbonların olası elektronik özelliklerini baskılamak için metalik bir substrat üzerinde sentezlenmek üzere kullanıldı.1

Etki Mekanizması ve Uygulanabilirlik

Uygulama açısından, metal bir alt tabakanın kullanılmasının, özellikleri taradığı için sorunlara neden olduğu gösterilmiştir. Bu nedenle, kuplaja dayalı olarak işlev gören mevcut yaklaşım, sistemin ultra yüksek vakum koşullarından çıkarılmasını ve çok adımlı bir ıslak kimya işleminden yararlanarak yerleştirilmesini içerir. Bu temel olarak metal alt tabakanın aşındırılmasını gerektirir ve bu da sistemin oluşturulmasında kullanılan doğru ve uygun hassasiyetle çelişir. Bu teknikte, metal üzerinde kullanılan stratejileri taklit etme kabiliyetine sahip metalik olmayan bir substrat üzerinde çalışacak yetenekli bir süreç bulmak için oksit hizmetleri denenir. Aslında, yüzey sentezi, moleküler öncüler kullanıldığında temel olarak gerçekleşen yüksek hassasiyete sahip malzemelerin elde edilmesini mümkün kılar. Dahası, reaksiyonlar zorunlu olarak, reaksiyonun gerçekleştiği sıcaklığın bilindiği bir öncüye programlanır. Bu o-yüzey sentezlerinin bir diğer önemli avantajı, yüksek düzeyde programlanabilirliğe sahip öncüler olarak çok çeşitli aday materyallerin kullanılması olasılığıdır.1 Sistemi ayırmak için reaktiflerin tam olarak uygulanması, araştırmacılara benzersiz kuantum özelliklerine sahip molekülleri değerlendirmek için atom düzeyinde hassasiyet sağlayan açık kabuklu bir yapıyı sürdürür. Özellikle, grafen nanoribbonların kuantum spin durumları adı verilen manyetik durumlara sahip olduğunu bulmak elverişlidir. Bu koşullar ve manyetik özellikler, manyetik alanların kasılmalarını araştırmak için bir platform sağlar, böylece kuantum bilgi boyutundaki uygulamalar için kübit oluşturma gelir.

Grafen Nanoribbonlar

Tek boyutlu grafen şeritleri olarak grafen nanoribbonlar, manyetik özellikleri ve benzersiz elektronik davranışları nedeniyle elektronik cihazların geleceğini yapmak için umut verici adaylar olarak ortaya çıkmıştır. Grafen nanoribbonların yanal boyutu ve kenar geometrisi, Dirac noktasındaki bant aralığı açıklığının ilgi çekici özelliklerine yol açar. Bu noktaya kadar, grafen nanoribbonların heteroatom dopingi, kenarlarında bor, sülfürik ve azot kullanılarak gerçekleştirilmiş ve yapısına çok az gömülmüştür. Farklı doping atomları arasında nitrojenin, özel elektro-kabul edici özellikleri ve grafende sağlam ferromanyetizmayı tetikleme afinitesi nedeniyle grafen nanoribbonlarını uyuşturmak için ilginç bir ajan olduğu ortaya çıktı. Doping ve kimyasal işlevselleştirmeye ek olarak, grafenin manyetik ve elektronik özellikleri, bazı gözenekler veya kusurlar yaratılarak değiştirilebilir. Yüzey kimyasının ortaya çıkmasıyla birlikte katkılı karbon yapıların tasarımı ve sentezi, teknik ve metodolojide çok ilerleme kaydetmiştir. Gözenekli yapılarına sahip azot katkılı grafen şeritler (N-GNR’LER), kristal kafesteki bazı belirli karbon atomlarının azot atomlarıyla değiştirildiği ilk gözenekli merdiven benzeri grafen olarak pratik olarak arzu edilen manyetik özellikler sergiler.

Grafenin Özelliklerinin Katkıları

Grafen, bir karbon kadar kalınlığa ve 0.142 nm’lik düzenli bir karbon-karbon bağ mesafesine sahip altıgen bir kafes şeklinde sert, iki boyutlu (2D) tek tabakalı bir karbon allotropudur. Normal üç boyutlu malzemelerle karşılaştırıldığında, grafen oldukça farklı bir elektronik yapı gösterir. Katkısız grafende (saf ve modifiye edilmemiş), Fermi seviyesi, durum yoğunluğunun sıfıra düştüğü altı çift koninin bağlantı noktalarında (Dirac noktaları olarak bilinir) bulunur. Bu, elektrik iletkenliğinin oldukça düşük olmasına neden olur. Bununla birlikte, Fermi seviyesi, elektrik alanının polaritesine bağlı olarak grafeni elektron bakımından zengin (n katkılı) veya gözenekli (p katkılı) hale getirmek için bir elektrik alanı uygulanarak değiştirilebilir. Katkılı grafen, oda sıcaklığında bakırdan potansiyel olarak daha yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir.2 En şeffaf malzemelerden biri olarak, optik bölgedeki gelen ışığın %97,7’si grafenden geçebilirken, pencerelerde kullanılan normal bir cam yüzde 88 ila 90 şeffaflığa sahiptir. Diğer düşük sıcaklıklı 2B malzemelerin aksine, grafen 2B özelliklerini oda sıcaklığında tutabilir. Çelikten 200 kat daha güçlüdür ve bunun sadece bir gramı bir futbol sahasını kaplamak için yeterlidir ve bu arada en esnek malzemeler arasındadır. Bir lastik bant gibi, grafen elektriksel iletkenliğini korurken %20 gerilebilir, oysa elektronikte yaygın olarak kullanılan silikon, uzunluğunun yalnızca yüzde 1’ini gerebilir. Bu süper malzeme bakırdan 10 kat daha iletkendir. Sonuç olarak, grafen şeffaf, iletken ve esnek olan çok az malzemeden biridir.

Grafen Nanoribbonlar ve Kuantum Cihazları

Son zamanlarda, uluslararası bir araştırma projesinin çabalarına dayanarak, grafen nanoribbonlar, nanoyapıların tasarlanmasındaki engellerin ötesine geçmek için perspektif uygulamasıyla atomik seviyedeki hassasiyetten yararlanarak titanyum dioksit yüzeyinde büyüyen ultra ince karbon atomu şeritleri olarak sentezlendi.kuantum Bilgi bilimi için gerekli karbon. Grafen, tasarlandıklarında nanoskopik ölçeğe giren cihazlarda ve nanoribbonlarda kullanılabilir. Bununla birlikte, yukarıdan aşağıya sentetik yöntem, mevcut son teknoloji uygulamaların standartlarını karşılayacak nanoyapıları hazırlamak için herhangi bir atomik ölçek hassasiyetinden yoksundur. Sorunun üstesinden gelmek için, grafen nanoribbonları atomik seviyede sentezlemek için yeni bir aşağıdan yukarıya teknik geliştirilmiştir, böylece bazı özel uygulamalarda kullanılabilirler.

Sonuç

Pratik olarak atom düzeyinde hassas teknik, çok daha küçük parçalara ayrıldığında tek tabakalı grafenin benzersiz özelliklerinin elde edilmesine yardımcı olur. Bölücü grafende yalnızca iki atomluk bir farkın, özelliklerini ve özelliklerini bu kadar önemli ölçüde değiştirebileceği ve bir yarı iletken üzerinde metalik şerit üretimine yol açabileceği gösterilmiştir.