Fysik og iNANO i Nature Materials: Nanostrukturer af brint forvandler graphen til en halvleder
Graphen med brintmolekyler
16.03.2010 |
Nanostrukturer af brint forvandler graphen til en halvleder
Lynhurtige computere og supereffektive sensorer – det kan blive resultatet af en opdagelse, som forskere fra IFA, ISA og iNANO ved Aarhus Universitet og Institut for fysik og nanoteknologi ved Ålborg Universitet i går præsenterede i Nature Materials. Forskerene har, ved at anbringe brintmolekyler i et nano-mønster på graphen, forvandlet graphenen til en halvleder.
Grundstenen i de mikrochips, som sidder i vores computere og mobiltelefoner har i mange år været silicium. Men for seks år siden så et nyt materiale med stort teknologisk potentiale dagens lys. Navnet på dette materiale er Graphen. Graphen består af kulstof-atomer, ligesom kul, diamant og den grafit, der findes i nutidens blyanter.
Nyt materiale kan give langt hurtigere computere
Det særlige ved graphen er at kulstof-atomerne sidder i et ultratyndt, kun ét atom tykt lag. Selv hvis man stabler 300.000 lag graphen oven på hinanden, vil de ikke være tykkere end et enkelt ark papir. På trods af den ringe tykkelse er graphen-lagene ekstremt stærke og de har en højere evne til at lede strøm ved stuetemperatur end alle andre kendte materialer. Forskere ved IBM har for nyligt vist, at computerchips lavet af graphen er meget hurtigere end de eksisterende chips baseret på silicium. Disse egenskaber giver graphen et stort potentiale, som fremtidigt materiale i mikrochips.
Graphens evne til at lede strøm har indtil nu ikke kunne slukkes
Der er dog et problem ved graphen, der indtil nu har forhindret det i at erstatte silicium som det foretrukne materiale i mikrochips. Silicium har nemlig den vigtige egenskab, at man kan tænde og slukke for dets evne til at lede strøm. Materialer, der har den egenskab kalder man for halvledere, og graphen er i modsætning til silicium ikke i sig selv en halvleder. Hvis graphen skal kunne erstatte silicium i fremtiden kræver det derfor at man finder metoder til at åbne et såkaldt båndgab i graphen og dermed forvandle det til en halvleder.
Danske forskere løser problemet
Forskere ved Aarhus og Aalborg Universitet har som de første i verden fundet en metode til netop at tænde og slukke for ledningsevnen i graphen. De har vist, at hvis man laver nano-mønstre af brint-molekyler på en graphen-overflade, så kan selv store flager af graphen gøres halvledende.
– Vi dyrker graphen-laget på en metal krystal, og ved at tilføre en afpasset mængde brint, som danner et ordnet nano-mønster på overfladen, kan vi åbne et båndgab, forklarer Liv Hornekær, lektor ved Institut for fysik og astronomi, Aarhus Universitet, og tilføjer – Brintnano-mønstret begrænser elektronernes bølgefunktioner og det er det der forårsager båndgabsåbningen.
| Vidundermaterialet Graphen baner vejen for hurtigere og mere effektive computere i fremtiden. Graphen består af ét lag kulstof-atomer i et sekskantet mønster. De danske forskere har tilført små ”øer” af brint, hvilket giver stoffet nye egenskaber. Med de nye egenskaber vil mikrochips baseret på graphen kunne give os hurtigere og mere effektive, computere og mobil telefoner, men også mere sensitive sensorer, der kan måle selv ganske små koncentrationer af giftstoffer i luften. På figuren ses kulstof-atomerne i gråt, mens brintmolekylerne ses i rødt. Grafik: Thomas Garm Pedersen |  |
Dermed er endnu en forhindring på vejen mod computerchips baseret på graphen ryddet af vejen. Forskernes opdagelse er et gennembrud i graphen-forskningen og blev i søndags offentliggjort i det internationalt anerkendte tidsskrift Nature Materials.
– Mikrochips findes ikke bare i computere og mobiltelefoner, men i stort set alt elektronisk udstyr for eksempel sensorer i røgalarmer, fortæller Liv Hornekær og tilføjer – Graphens evne til at lede strøm er så følsom overfor forurening at man vil kunne måle selv ganske små koncentrationer af røg eller giftstoffer i luften. Mikrochips baseret på graphen har altså store anvendelsesmuligheder i fremtiden.
Graphen med og uden brintnanomønstre
Skanning-tunnel-mikroskopi (STM) billede af graphen overfladen med og uden brintnano-mønstre, samt tilhørende målinger af båndstrukturen, der viser båndgabsåbningen, når graphenen tilføres brint. Grafik: Richard Balog og Louis Nilsson.
Læs den videnskabelige artikel i Nature Materials
Følgende forfattere på artiklen er tilknyttet Aarhus Universitet:
Richard Balog, Bjarke Jørgensen, Louis Nilsson, Mie Andersen, Emile Rienks, Erik Lægsgaard, Flemming Besenbacher, Bjørk Hammer, Philip Hofmann og Liv Hornekær
Yderligere oplysninger kan fås ved henvendelse til:
- Lektor Liv Hornekær, Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet, tlf.: 61663133, e-mail: liv@phys.au.dk
- Lektor Philip Hofmann, ISA, Aarhus Universitet, tlf.: 8942 3640, e-mail: philip@phys.au.dk
Stor international anerkendelse af Torben Heick Jensen
09.05.2012 — Professor Torben Heick Jensen fra Institut for Molekylærbiologi og Genetik ved Aarhus Universitet har opnået stor international anerkendelse ved valget som medlem af den europæiske molekylærbiologiske organisation EMBO (the European Molecular Biology Organization). Valget til EMBO er begrundet i Torben Heick Jensens fremragende forskning inden for genekspression.
Royalt besøg på AU: To x Joachim og 20.000 myrer
30.04.2012 — Prins Joachim besøgte fredag eftermiddag Aarhus Universitets afdeling i Silkeborg, hvor seniorforsker Joachim Offenberg fra Bioscience fortalte, hvordan man bruger vævermyrer til økologisk bekæmpelse af skadedyr.
Uddannelsesministeren vinkede farvel til svigermoders hus
26.04.2012 — Uddannelsesminister Morten Østergaard fik syn for sagn, da han gæstede Aarhus Universitet til Forskningens Døgn. Grundforskningscenteret MADALGO og forskningsgruppen EcoSense viste ministeren, hvordan datalogisk forskning adresserer årets tema: Europas udfordringer.
Din studieportal - studieinformation samlet ét sted
28.03.2012 — Fra onsdag 28. marts kan du finde al information vedrørende undervisning, eksamen, skema, kursustilmelding, studie- og erhvervsvejledning og meget mere på din studieportal.
Legater til studier/forskning i USA
28.02.2012 — Danmark-Amerika Fondet & Fulbright Kommissionen har Danmarks største samlede pulje af legater til kandidat-studerende og Ph.D’ere. Legaterne er på 85.000 - 100.000kr.
Foredragsholdere søges til "Naturvidenskaben på besøg" i uge 39
28.02.2012 — Dansk Naturvidenskabsfestival har brug for dygtige foredragsholdere, som vil være en del af et rejsehold, der drager land og rige rundt i uge 39, og fortæller den gode naturvidenskabelige historie på skoler og gymnasier.
Unik pumpe i sædceller muliggør en vanskelig rejse
01.05.2012 — I løbet af sit ph.d.-studium har Michael Jakob Voldsgaard Clausen lavet en detaljeret undersøgelse af en molekylær pumpe, der er helt essentiel for sædceller, og ikke findes i andre celletyper. Sædcellers job er at transportere genetisk materiale fra hankøn til hunkøn, og for at gennemføre dette projekt skal cellen på en rejse fra testikel til æggestok, hvor både pH værdi og koncentrationer af salte ændrer sig drastisk. Michaels resultater viser at denne sædcellespecifikke pumpe er tilpasset til at kunne bevare en stabil aktivitet under forhold hvor salt koncentrationer og cellens membranpotentiale ændrer sig. På sigt vil resultaterne måske kunne benyttes i udviklingen af en p-pille til mænd. PhD studiet er gennemført ved Institut for Molekylærbiologi og Genetik ved Aarhus Universitet, ved Department of Cellular and Molecular Physiology ved Yale University og ved Department of Physiology ved Université de Montréal. Michael Clausen forsvarede sin ph.d. d. 23. april 2012. Ph.d.-vejledere: Poul Nissen og Hanne Poulsen Hør interview med Michael Clausen på Radio 24syv om hans resultater. (Interviewet begynder 45.22 inde i udsendelsen) Ydereligere oplysninger Michael Jakob Voldsgaard ClausenInstitut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitetmjc@mb.au.dk
15.02.2012 — Biologer er bekymrede over klimaændringernes indvirkning, og de forudsiger, at en række planter og dyr om få år vil forsvinde fra Danmark. Hør Jens-Christian Svenning fortælle om forskning i klimaforandringer på Aarhus Universitet.
Spil computer og hjælp forskningen
22.01.2012 — Ligesom andre i forskningsverdenen er Jacob Sherson i gang med at udvikle et computerspil, hvor almindelige mennesker kan 'lege' sig til et svar på forskningens vanskeligste problemer. Jacob Sherson, postdoc på Institut for Fysik og Astronomi, medvirkede i programmet Videnskabens Verden på P1, 17. januar 2012.