Graphene là gì


Graphene – Chất liệu phẳng nhất thế giới

Trích từ nguồn: http://360.thuvienvatly.com/tin-tuc/1-2010/981-graphene-chat-lieu-phang-nhat-the-gioi

Giải Nobel Vật lí năm nay được trao cho Andre Geim và Konstantin Novoselov, cả hai đều là nhà vật lí gốc Nga hiện đang làm việc tại trường Đại học Manchester ở Vương quốc Anh, cho khám phá của họ về graphene.

[IMG]Graphene là một kiểu tấm cấu tạo từ các nguyên tử cacbon liên kết với nhau theo kiểu hình lục giác tuần hoàn. Về cơ bản, nó là chất liệu hai chiều đầu tiên từng được chế tạo. Việc là mảnh vật chất mỏng nhất thế giới chỉ là một trong nhiều tính năng đặc sắc của graphene. Nó còn là chất liệu bền nhất từng được biết tới, bền hơn thép khoảng 100 lần. Vì một tấm graphene chỉ dày một nguyên tử, cho nên nó còn trong suốt, và do đó, có thể giữ vai trò nhất định trong sự phát triển của công nghệ hiển thị điện tử trong tương lai. Một số đặc điểm hấp dẫn nhất của chất liệu này, nhìn từ quan điểm của các ứng dụng tương lai, phải kể đến các tính chất điện của nó. Dòng điện chảy nhanh qua graphene mà không bị thất thoát bao nhiêu năng lượng. Đặc điểm này, cùng với thực tế là nó tương đối dễ chế tạo, biến graphene thành một ứng cử viên để thay thế hoặc cải tiến các mạch tích hợp có đầy trong các máy vi tính của chúng ta ngày nay. Mạch điện tử này thường được chế tạo trên những miếng silicon chạm khắc nhỏ xíu chứa hàng tỉ transistor, mỗi transistor có thể tác dụng như một công tắc, lần lượt, ở vị trí ON hoặc OFF, có thể đặt là 0 hoặc 1 trong lôgic nhị phân mà các máy tính sử dụng để lưu trữ và xử lí thông tin. Các chip graphene có thể rẻ hơn, nhanh hơn, và dễ chế tạo hơn các chip silicon.
Một thứ đang làm chậm việc sử dụng graphene trong ngành điện tử là vì nó là một chất dẫn điện quá tốt. Để hoạt động như một công tắc, một transistor cần phải tắt và mở thật nhanh. Các chất bán dẫn thường được sử dụng trong transistor, do bản chất của chúng, có tính chất lưng chừng giữa dẫn điện và không dẫn điện. Nghĩa là, bằng cách đưa vào một tín hiệu rất bé, chúng có thể cho phép một dòng điện đi qua (chỉ vị trí ON), hoặc không cho dòng điện đi qua (vị trí OFF). Graphene tinh khiết, chủ yếu là một chất dẫn điện tốt, không thể bật mở và tắt. Tuy nhiên, Geim và nhiều nhà khoa học khác tin rằng graphene có thể biến tính để giải quyết vấn đề này.
Một khám phá thực tế Geim và Novoselov, cùng các đồng nghiệp của họ, đã khám phá ra graphene bằng một phương pháp rất khiêm tốn. Họ lấy một miếng băng dính và dán nó lên một miếng graphite, chất liệu dùng làm ruột bút chì. Băng dính làm tróc ra những mảng cacbon dày nhiều lớp. Nhưng bằng cách dùng đi dùng lại miếng băng dính, các mảng cacbon ngày một mỏng hơn có thể được bóc ra, trong đó có một số mảng cuối cùng chỉ dày có một lớp. Các ảnh chụp hiển vi đã xác nhận cái mắt người không thể nhìn thấy. Graphene đôi khi được sánh với các ống nano cacbon, về cơ bản là những miếng graphene cuộn lại thành hình ống hút. Cả hai đều là chất dẫn nhiệt và dẫn điện rất tốt. Cả hai đều khá bền. “Graphene là nền tảng cơ sở của mọi cấu trúc nano cacbon, bao gồm ống nano cacbon, fullerene, và vân vân, và nó đã trở thành chén thánh đối với cộng đồng nghiên cứu trong nhiều năm qua”, phát biểu của Mildred Dresselhaus, một nhà vật lí tại Viện Công nghệ Massachusetts và là một chuyên gia về những dạng thức khác nhau này của cacbon. “Thật tuyệt là Geim và Novoselov nay đã được công nhận bởi giải thưởng danh giá này cho việc có ý tưởng thật sự chế tạo được graphene theo một cách đơn giản và cho sự phát triển các hiện tượng ật lí đẹp đẽ dựa trên chất liệu này”. Nhà vua Thụy Điển sẽ trao giải thưởng cho Geim và Novoselov trong một buổi lễ tổ chức ở Stockholm vào tháng 12 tới. Nói thêm ngoài lề một chút, với việc công bố giải thưởng vinh quang của năm nay, Andre Geim đã trở thành một trong số ít nhà khoa học có cả hai giải thưởng: Giải Nobel và giải Ig-Nobel. Ig-Nobel là một loại giải thưởng Nobel ngược; chúng được trao một phần để cho vui và một phần để khiến người ta suy nghĩ. Geim đã giành một giải Ig-Nobel hồi năm 2000 cho việc nâng các chú ếch lên bằng từ trường. Công trình này không có gì ma quái, mà chỉ hơi lạ một chút.
Trong khi đó, Geim và các nhà nghiên cứu khác kì vọng tìm được nhiều ứng dụng khác cho graphene. Ngoài công dụng trong việc chế tạo các chất liệu hay trong điện tử học, graphene còn có thể là cơ sở cho các bộ cảm biến hóa chất và cho các máy phát ra ánh sáng trong ngưỡng terahertz. Loại bức xạ này, với tần số khoảng một nghìn tỉ chu trình mỗi giây, là thứ khó tạo ra. Nó có thể là quan trọng, là một công cụ ghi ảnh mới vì cơ thể con người trong suốt ở tần số này, khiến cho loại sóng ánh sáng này có ích cho ngành an ninh hoặc cho các máy quét y khoa.
Nguồn: PhysOrg.com

————— Post added at 09:40 AM ————— Previous post was at 09:37 AM —————

Graphene – mạng nguyên tử hoàn hảo: Giải Nobel Vật lí 2010

Trích từ nguồn: http://360.thuvienvatly.com/tin-tuc…ang-nguyen-tu-hoan-hao-giai-nobel-vat-li-2010

Ẩn sau Giải thưởng Nobel Vật lý của năm nay là một lớp bong mỏng của carbon thông thường, lớp này chỉ dày một nguyên tử. Andre Geim và Konstantin Novoselov đã chứng tỏ rằng carbon ở một dạng phẳng như vậy có các tính chất ngoại hạng phát sinh từ thế giới lượng tử vốn kì dị nhưng đầy bí ẩn.
Graphene là một dạng carbon. Là một chất liệu hoàn toàn mới – nó không những mỏng nhất mà còn bền nhất nữa. Là một chất dẫn điện, nó dẫn điện tốt như đồng. Là một chất dẫn nhiệt, nó dẫn nhiệt tốt hơn mọi chất liệu đã biết khác. Nó hầu như hoàn toàn trong suốt. Carbon, cơ sở của mọi dạng sống đã biết trên trái đất, một lần nữa khiến chúng ta thật bất ngờ.

[IMG]Graphene – chất liệu ‘thần kì’

Geim và Novoselov đã trích ra graphene từ một miếng graphite, chất liệu tìm thấy trong các thỏi bút chì thông thường. Sử dụng băng dính kiểu bình thường, họ đã thu được lớp carbon bong ra với bề dày chỉ một nguyên tử. Kì công này được thực hiện vào thời điểm khi mà nhiều người tin rằng những chất liệu kết tinh mỏng như vậy không thể nào bền được.
Tuy nhiên, với graphene, các nhà vật lí ngày nay có thể nghiên cứu một họ mới của các chất liệu hai chiều với những tính chất độc nhất vô nhị. Graphene làm cho các thí nghiệm có thể thực hiện được, mang lại những bước ngoặc mới cho các hiện tượng trong ngành vật lí lượng tử. Ngoài ra, còn có vô số ứng dụng có thể triển khai trong thực tế như việc chế tạo các chất liệu mới và sản xuất các thiết bị điện tử tân tiến. Transistor graphene được dự đoán về căn bản hoạt động nhanh hơn các transistor silicon hiện nay và mang lại những chiếc máy vi tính hiệu quả hơn.
Vì nó trong suốt và là chất dẫn tốt, nên graphene thích hợp cho việc sản xuất các màn hình cảm ứng trong suốt, các tấm phát sáng, và có lẽ cả tế bào quang điện.
[IMG]Tấm phát sáng Khi pha trộn với plastic, graphene có thể biến chúng thành chất dẫn điện, đồng thời làm cho chúng chịu nhiệt tốt hơn và bền về mặt cơ học. Tính chất này có thể khai thác trong những chất liệu siêu bền mới, đồng thời là những chất liệu nhẹ, mỏng và dẻo. Trong tương lai, các vệ tinh, máy bay, và xe hơi có thể được sản xuất từ những chất liệu composite mới như thế.
Hai nhà khoa học thắng giải Nobel đã làm việc chung với nhau trong một thời gian dài cho đến lúc này. Konstantin Novoselov, 36 tuổi, lần đầu tiên làm việc cùng Andre Geim, 51 tuổi, với tư cách là nghiên cứu sinh tiến sĩ ở Hà Lan. Sau đó, ông đã theo Geim đến Anh. Cả hai người ban đầu học tập và khởi nghiệp với vai trò nhà vật lí ở Nga. Hiện nay, cả hai đều là giáo sư tại trường Đại học Manchester.
Nguồn: NobelPrize.org

————— Post added at 09:43 AM ————— Previous post was at 09:40 AM —————

‘Siêu tụ điện’ graphene

Trích từ: http://360.thuvienvatly.com/tin-tuc/1-2010/946-sieu-tu-dien-graphene

[IMG]

Ảnh điện cực graphene định hướng thẳng đứng, cho thấy hình dạng không đều của bề mặt. (Ảnh: J Miller)

Tụ điện là những dụng cụ tích điện. “Siêu tụ điện”, chính xác hơn gọi là tụ điện hai lớp điện (DLC) hay tụ điện hóa, có thể tích nhiều điện tích hơn nhờ lớp đôi hình thành tại tiếp giáp chất điện phân – điện cực khi thiết lập điện áp. Các DLC thương mại cực kì mạnh khi so với pin nhưng chúng về cơ bản là những dụng cụ một chiều – nghĩa là chúng mất vài giây để tích đầy điện tích và rồi mất vài giây để phóng hết toàn bộ điện tích đó. Chúng hoạt động hiệu quả ở những tần số dưới khoảng 0,05Hz và vì thế chúng có ích cho các ứng dụng như xe lai, thiết bị có thể mất 10 giây để tích điện (khi hãm phanh) và 10 giây để phóng điện (khi tăng tốc). Tuy nhiên, ở những tần số cao hơn, chúng trở nên kém hiệu quả đi và bắt đầu hành xử giống như điện trở chứ không như tụ điện nữa. Đây là vì những dụng cụ này thường chứa các điện cực xốp chế tạo từ một chất dẫn điện diện tích mặt cao, thí dụ như carbon hoạt tính, và các lỗ xốp làm tăng điện trở của dụng cụ.
Nay John R Miller cùng các đồng nghiệp thuộc JME Inc. ở Shaker Heights và trường Đại học Case Western Reserve, Cleveland, cả hai đều ở Ohio, vừa khắc phục được vấn đề này bằng cách phát triển DLC đầu tiên chứa các điện cực graphene diện tích mặt cao định hướng thẳng đứng hoàn toàn không xốp. Dụng cụ này đẩy tần số hoạt động của một tụ điện hai lớp điện lên quá 5000 Hz, tốt gấp 10[SUP]5[/SUP] lần so với các DLC thương mại. Ngoài ra, nó còn nhỏ hơn các tụ điện phân nhôm điện áp thấp đến sáu lần, và có khả năng tích điện và phóng điện với hiệu suất cao với thời gian ngắn hơn 1 ms nhiều.
[IMG]

Cũng điện cực nhìn ở hình trước, nhưng lần này thể hiện với góc nhìn nghiêng. (Ảnh: J Miller)

Các nhà nghiên cứu đã nuôi graphene – những tấm carbon chỉ dày một nguyên tử – trên một kim loại bằng quá trình lắng hơi hóa học plasma hỗ trợ. Những tấm graphene định hướng thẳng đứng như vậy thật lí tưởng khi xét theo cấu trúc cho các ứng dụng điện cực DLC cao tần. Chúng có nhiều mặt phẳng gờ có thể mang lại điện dung từ 50 đến 70 µF/cm[SUP]2[/SUP] so với các mặt phẳng cơ bản, chúng chỉ cung cấp 3 µF/cm[SUP]2[/SUP]. Những mặt phẳng gờ tích điện này bị phô ra và vì thế có thể truy xuất trực tiếp, nghĩa là điện tích có thể dự trữ trên những diện tích chính xác chứ không phân tán trên những vùng rộng hơn. Và điều cuối cùng, nhưng chưa hết, cấu trúc tấm nano “xếp chồng” đó đảm bảo các lỗ xốp giảm đi – vì thế giảm tối thiểu điện trở – và bản thân các tấm có tính dẫn điện cao. “Điểm mấu chốt là những dụng cụ này có thể dẫn tới các tụ điện cao tần nhỏ hơn dùng cho các ứng dụng trong những hệ điện áp thấp như CPU và các mạch tích hợp tương tự”, Miller nói.
Nghiên cứu trên còn có thể cho phép những họ hàng mạch điện tử mới sử dụng các mức điện dung cao hơn nhiều.
Nguồn: physicsworld.com

————— Post added at 09:47 AM ————— Previous post was at 09:43 AM —————

Transistor graphene phá kỉ lục tốc độ
Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa phát triển một phương pháp mới chế tạo các transistor từ graphene – một tấm carbon chỉ dày một nguyên tử. Kĩ thuật này khắc phục được một trở ngại lớn mà những ai muốn dùng graphene thay thế silicon làm chất liệu được chọn trong các dụng cụ điện tử tương lai đang đối mặt. Nó còn được dùng để chế tạo các transistor graphene tốc độ cao nhất từ trước đến nay. Graphene bán dẫn được nhiều người xem là chất liệu lí tưởng dùng cho các dụng cụ điện tử vì nó cực kì mỏng nhưng lại có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao và có độ bền lớn. Tuy nhiên, thật không may, các kĩ thuật chế tạo mà ngành công nghiệp bán dẫn sử dụng hiện nay không thể áp dụng cho graphene vì chúng đưa các khiếm khuyết vào trong vật liệu, rốt cuộc làm hỏng mất hiệu suất của dụng cụ. Xiangfeng Duan cùng các đồng nghiệp Đại học California tại Los Angeles vừa phát triển một kĩ thuật chế tạo mới sử dụng các dây nano tráng alumina làm cực phát trong transistor graphene. Nguồn cấp của dụng cụ và cực thu được chế tạo bằng một quá trình tự canh hàng sử dụng các dây nano làm “mặt nạ” – một quá trình còn giảm tối thiểu điện trở ở transistor, vì thế làm tăng thêm hiệu suất của nó. Graphene gồm một tấm carbon phẳng sắp xếp theo một mạng hình tổ ong. Kể từ khi chất liệu này lần đầu tiên được tạo ra vào năm 2004, các tính chất điện tử và cơ học độc nhất vô nhị của nó đã gây bất ngờ cho các nhà nghiên cứu, họ đã nhìn thấy nó trong nhiều ứng dụng tiềm năng. Đặc biệt, nó có thể dùng để chế tạo các transistor cực nhanh vì các electron trong graphene hành xử giống như các hạt tương đối tính không có khối lượng nghỉ. Điều này có nghĩa là chúng băng vèo qua chất liệu này ở những tốc độ cực cao.
Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều thách thức phải vượt qua trước khi giâc mơ điện tử học toàn graphene trở thành hiện thực. Một trong những thách thức này là phát triển một kĩ thuật chế tạo mang lại những dụng cụ gần như không có khiếm khuyết, yêu cầu cho đến nay vẫn chưa đạt được.
[IMG]+ Phóng to hình

Sơ đồ cấu tạo của dụng cụ cho thấy cực phát, cực gốc và cực thu. (Ảnh: X Duan)

Các phương pháp xử lí thông thường dùng để sản xuất các transistor hiệu ứng trường silicon oxide kim loại tiên tiến (MOSFET) sử dụng một cấu trúc cổng tự canh hàng để đảm bảo rìa của cực gốc, cực thu và cực phát được định vị chính xác. Kĩ thuật này tránh được bất kì sự chồng lấn nào giữa các điện cực, do đó làm giảm thiểu điện trở trong dụng cụ. (Điện trở cao là liều thuốc độc đối với các dụng cụ nano vì nó làm chúng hoạt động chậm đi) Kĩ thuật tương tự không hoạt động đối với graphene vì nó sẽ đưa những khiếm khuyết không thể tránh khỏi vào trong mạng tinh thể của chất.
Duan và các đồng nghiệp đã sử dụng một dây nano nhân-vỏ cobalt-silicide-alumina làm cổng trên cùng trong transistor graphene của họ. Cấu trúc nano điện môi này được chế tạo trong một bước tách biệt và sau đó đặt đơn giản lên trên một lớp đơn graphene. Theo Duan, một phương pháp như vậy không đưa bất kì khiếm khuyết đáng kể nào vào trong chất liệu.
Mặt nạ dây nano Sau đó, các nhà nghiên cứu đặt một lớp mỏng platinum lên trên graphene – đặt ngang qua dây nano sao cho dây phân chia màng mỏng graphene thành hai vùng tách biệt. Hai vùng tách biệt này sau đó hình thành nên các cực gốc và cực thu tự canh chỉnh liền kề với cực phát dây nano. Trong phương pháp này, mặt nạ dây nano còn xác định chiều dài cực phát của dụng cụ, trong trường hợp này vào khoảng 140 nm. Dụng cụ hoàn chỉnh có độ hỗ dẫn cao nhất từng được báo cáo đối với những dụng cụ như vậy, 1,27 mSµm[SUP]–1[/SUP]. Độ hỗ dẫn của một transistor xác định nó hoạt động hiệu quả như thế nào. Các phép đo vi sóng đối với transistor trên còn cho thấy chúng có tần số ngưỡng nội phá kỉ lục trong vùng 100-300 GHz, nhanh hơn khoảng hai lần so với các MOSFET silicon tốt nhất có cùng kích thước. Cuối cùng, độ linh động của các dụng cụ trên (cái xác định mức độ nhanh của các electron chuyển động trong chúng) vào khoảng 20.000 cm[SUP]2[/SUP]/Vs – một giá trị tốt hơn khoảng hai bậc độ lớn so với các transistor silicon thương mại kích thước ngang ngửa. “Việc chứng minh các transistor graphene với tần số ngưỡng có thể sánh với các transistor tốt nhất trên thị thường đánh dấu một bước phát triển cực kì quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu graphene”, Duan nói. “Điều này chứng minh rõ ràng tiềm năng hấp dẫn của các dụng cụ điện tử gốc graphene cho các mạch điện cao tần trong tương lai”. Hiện nay, đội nghiên cứu có kế hoạch chế tạo ra các transistor có chiều dài cực phát nhỏ hơn để đẩy tần số ngưỡng lên cao hơn nữa – có lẽ lên tới 1 THz. “Chúng tôi cũng hi vọng tăng quy mô cho phương pháp để sản xuất hàng loạt các transistor graphene tốc độ cao trên những chất nền rộng, kể cả các chất nền dẻo”, Duan tiết lộ. Công trình được công bố trên tạp chí Nature.

Nguồn: physicsworld.com

————— Post added at 09:52 AM ————— Previous post was at 09:47 AM —————

Graphene cho hiệu ứng Faraday rõ nét

Trích từ: http://360.thuvienvatly.com/tin-tuc/tin-vat-ly/1-2010/1093-graphene-cho-hieu-ung-faraday-ro-net

[IMG]

Sơ đồ mô tả sự quay Faraday trong Graphene. Ánh sáng tới truyền theo trục z (cũng là hướng của từ trường ngoài B), và phân cực theo hướng Y. Ảnh: Alexey Kuzmenko.

Sự phân cực của ánh sáng có thể bị quay đi một góc 6 độ khi nó truyền qua một lớp graphene đặt trong từ trường, theo ghi nhận của một nhóm các nhà vật lý quốc tế. Tính chất mới này của graphene là không mong đợi vì góc quay lớn thường xảy ra với các vật liệu có bề dày lớn hơn nhiều. Các nhà khoa học tin rằng, đặc tính mới được khám phá này của graphene có thể được ứng dụng trong các thiết bị bật tắt ánh sáng (switch light) bằng điện trường hoặc từ trường. Thực tế, sự phân cực của ánh sáng bị quay đi khi truyền qua một môi trường với sự có mặt của từ trường không có gì là lạ. Vì ánh sáng phân cực tròn phải và trái có vận tốc truyền khác nhau nên khi cho ánh sáng phân cực thẳng truyền qua một môi trường như vậy, các thành phần phân cực trái và phải của ánh sáng sẽ thay đổi, kéo theo mặt phẳng phân cực của chùm sáng ló phải quay đi một góc nào đó.
Nhưng vì, góc quay Faraday, góc quay của vec-tơ cường độ điện trường trong mặt phẳng phân cực của tia sáng, tỉ lệ với bề dày cả vật liệu, nên với graphene, chỉ dày một nguyên tử, góc quay lớn là một kết quả bất ngờ. Alexey Kuzmenko và các đồng sự ở đại học Geneva đã phát hiện ra tính chất này, khi đo được góc quay của mặt phẳng phân cực một góc 0,1rad, tức là khoảng 6 độ.
Một bất ngờ “lớn” Theo Kuzmenko, nhóm thí nghiệm sử dụng ánh sáng hồng ngoại để nghiên cứu hiệu ứng Hall lượng tử trong graphene. ” Chúng tôi không mong đợi se nhìn thấy một góc quay lớn khi dùng graphene,” Kuzmenko cho biết, “chúng tôi chỉ mong một góc quay khoảng 0,01rad, nhưng thay vào đó, lại là 0,1rad.” Kết quả này đồng nghĩa với việc graphene có góc Faraday lớn hơn bất cứ một vật liệu nào khác, phá vỡ kỉ lục gần nhất khi sử dụng chất bán dẫn cũng với ánh sáng hồng ngoại với chênh lệch cách biệt, 10 lần!
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành đo góc quay Faraday bằng cách cho ánh sáng hồng ngoại truyền qua một thiết bị lọc phân cực để tạo ra một chùm sáng phân cực thẳng. Kế đến, cho chùm sáng này truyền qua một mẫu graphene đặt trong từ trường vuông góc với bề mặt của mẫu. Chùm sáng ló tiếp tục được truyền qua một thiệt bị lọc phân cực thứ hai và đi vào một máy dò. Nếu sự phân cực ở hai thiết bị lọc được đặt lệch nhau 90 độ, máy dò sẽ không thu được chùm sáng nào cả. Nhưng nếu sự phân cực của ánh sáng đã bị quay khi truyền qua graphene, thì góc để không dò thấy ánh sáng ló sẽ bị quay đi một góc Faraday.
Quỹ đạo không bình thường Các nhà vật lý tin rằng, góc quay lớn là hệ quả của việc electron hành xử như các hạt không khối lượng. Khi đặt trong từ trường, quỹ đạo chuyển động của các electron là các cyclotron, rất khác so với các vật liệu khác. Sự chuyển giữa các quỹ đạo của electron ảnh hưởng đến sự phân cực tròn của ánh sáng truyền qua vật liệu tạo thành từ các electron này và là nguyên nhân dẫn đến góc Faraday lớn đến như vậy. Theo Kuzmenko, hiệu ứng này có thể được dùng để tạo các khóa chuyển đổi mà ở đó, ánh sáng chỉ có thể truyền theo một hướng duy nhất.
Một ưu điểm quan trọng khác trong việc chế tạo các thiết bị từ-quang từ graphene là hướng quay của góc Faraday có thể bị đảo ngược bằng cách đặt vào đó một điện trường. Trong khi, với các vật liệu khác, điều này xảy ra chỉ với từ trường, quá trình diễn ra chậm chạp và phức tạp hơn nhiều. Nguyên nhân, theo Kuzmenko, là ở tính đồng đều của graphene trong việc đảo dấu của các hạt mang điện từ âm sang dương bằng điện trường.
Tương lai của kỉ thuật photon và kỉ thuật quang điện Andrea Ferrari, làm việc tại đại học Cambridge ở Anh quốc tin rằng, đặc tính quang học mới vừa được khám phá của graphene là bằng chứng rõ ràng cho thế hệ vật liệu mới dùng trong kỉ thuật photon (photonics) và kỉ thuật quang điện. “Hiệu ứng Faraday và hiệu ứng Kerr từ-quang được ứng dụng rộng rãi trong truyền tin quang học, lưu trữ dữ liệu và tính toán,” “cùng với các tính chất khác của graphene, có thể dẫn đến các thiết bị ưu việt hơn nhiều.”
Tuy nhiên, vẫn còn một vài trở ngại trong việc sản xuất các thiết bị như vậy trong thực tế. Một trong số đó, là cần khoảng 10 lớp graphene độc lập nhau để đạt được góc quay 45 độ, đòi hỏi trong các thiết bị thực tế. Một vấn đề khác nữa là, graphene hấp thụ ánh sáng hồng ngoại, dẫn đến việc mất tín hiệu trong thiết bị.

————— Post added at 09:55 AM ————— Previous post was at 09:52 AM —————

Graphene giúp tăng tốc Internet

Trích từ: http://360.thuvienvatly.com/tin-tuc/60-2011/1741-graphene-giup-tang-toc-internet
Hai nhà khoa học được giải Nobel của Anh đã đưa ra một cách mới để sử dụng graphene – vật liệu mỏng nhất trên thế giới – khiến cho “đường ống” Internet có vẻ “rộng rãi” hơn rất nhiều.
[IMG]Các giáo sư Andre Geim và Kostya Novoselov thuộc Đại học Manchester (Anh) – những người đã giành giải Nobel Vật lý năm 2010 cho công trình của họ về graphene – đã viết trên tạp chí Nature Communications về phương pháp kết hợp vật liệu dựa trên carbon với các cấu trúc nano kim loại để sử dụng như những bộ tách sóng quang. Sự kết hợp này có thể làm tăng rất nhiều lượng ánh sáng mà các thiết bị truyền thông quang học có thể xử lý. Tiến bộ trong việc thu nhận ánh sáng graphene và chuyển đổi thành năng lượng điện có thể dẫn đến tốc độ truyền thông nhanh hơn hàng chục, thậm chí hàng trăm lần so với ngày nay, các nhà nghiên cứu cho biết. Trong một tuyên bố ông Novoselov cho biết: “Công nghệ sản xuất graphene trưởng thành từng ngày, tác động tức thời cả về kiểu vật lý kích thích mà chúng ta thấy trong vật liệu này và về tính khả thi cũng như phạm vi của các ứng dụng có thể. Nhiều công ty điện tử hàng đầu đang xem xét graphene cho những thiết bị thế hệ tiếp theo. Công việc này chắc chắn làm tăng cơ hội của graphene hơn nữa”. Các nhà nghiên cứu của trường Đại học Cambridge đã hợp tác với các nhà nghiên cứu của Đại học Manchester trong công trình về graphene.
Nhiều nhà sản xuất công nghệ hàng đầu (gồm cả IBM) đã đầu tư mạnh vào các công nghệ dựa trên graphene. Hồi đầu mùa Hè này, Big Blue khẳng định đã xây dựng được mạch tích hợp đầu tiên dựa trên graphene. Hồi đầu năm, IBM đã trình diễn transistor graphene 155 GHz – transistor nhanh nhất của họ.

Theo PCWorld VN

————— Post added at 09:59 AM ————— Previous post was at 09:55 AM —————
Quang detector graphene đầu tiên

Trích từ: http://360.thuvienvatly.com/tin-tuc/1-2010/282-quang-detector-graphene-dau-tien
Các nhà nghiên cứu tại IBM vừa chế tạo được quang detector đầu tiên từ graphene – một tấm carbon chỉ dày một nguyên tử. Dụng cụ trên, có thể phát hiện chính xác những dòng dữ liệu quang ở tốc độ 10 Gbit/s, có thể dùng để chế tạo những loại mạch điện mới sử dụng cả ánh sáng và dòng điện để xử lí và truyền tải thông tin.
[IMG]

Minh họa detector IBM đang hoạt động. (Ảnh: P Avouris).

Quang detector là những dụng cụ phát hiện ra ánh sáng bằng cách biến đổi tín hiệu quang thành dòng điện. Chúng được sử dụng rộng rãi trong khoa học lẫn công nghệ, cho lĩnh vực truyền thông, cảm biến và ghi ảnh. Các detector ánh sáng hiện đại thường chế tạo bằng các chất bán dẫn III-V, thí dụ như gallium arsenide. Khi ánh sáng chạm trúng những chất liệu này, mỗi photon bị hấp thụ tạo ra một cặp electron-lỗ trống. Những cặp này sau đó phân tách ra và tạo ra một dòng điện. [h=3]Hấp thụ ánh sáng tốt[/h] Graphene có nhiều tính chất cơ lí độc đáo khiến nó thích hợp cho việc dò tìm ánh sáng. Một ưu điểm là các electron và lỗ trống chuyển động trong graphene nhanh hơn nhiều so với trong những chất liệu khác. Đồng thời, graphene còn hấp thụ ánh sáng rất tốt trên một ngưỡng bước sóng rất rộng, từ vùng khả kiến cho đến hồng ngoại. Tính chất này không giống với những chất bán dẫn III-V, chúng không hoạt động trên một ngưỡng rộng như thế. Bất chấp những ưu điểm này, graphene vẫn chịu một nhược điểm lớn – các electron và lỗ trống tạo ra trong khối vật liệu thường tái kết hợp lại quá nhanh, nghĩa là không có electron tự do để mang dòng điện. Nhưng nay Phaedon Avouris cùng các đồng nghiệp tại Trung tâm Nghiên cứu IBM TJ Watson ở New York vừa khắc phục được vấn đề này bởi việc phân tách các cặp electron-lỗ trống, sử dụng những điện trường nội sao cho các electron và lỗ trống tách rời nhau ra. [h=3]Tách rời các electron và lỗ trống[/h] Các nhà nghiên cứu làm được như vậy bằng cách đặt các điện cực palladium hoặc titanium lên trên một miếng graphene đa lớp hoặc đơn lớp. Những “ngón tay” kim loại, có những chức năng hoạt động khác nhau, tạo ra điện trường tại lớp tiếp giáp giữa các điện cực và graphene. Điện trường đó phân tách có hiệu quả các electron và lỗ trống, và một dòng quang được tạo ra khi chiếu ánh sáng lên trên dụng cụ. “Trong sự sắp xếp này, các trường ‘cài sẵn’ thu được tác dụng lên toàn bộ diện tích của dụng cụ”, Avouris giải thích. “Ngoài ra, chúng tôi không cần áp dụng một thế hiệu dịch cho dụng cụ để hoạt động, đồng thời nó cũng cho phép chúng tôi loại trừ sự nhiễu không mong muốn”.
Hiện nay, quang detector graphene trên có thể đạt tới việc phát hiện không sai sót những dòng dữ liệu quang ở tốc độ 10 Gbit/s, một con số khá tốt so với tốc độ của những mạng quang cấu tạo gồm những chất liệu khác, như các chất bán dẫn III-V.
Đội khoa học IBM hiện đang nghiên cứu việc tối ưu hóa hiệu suất của quang detector trên và tích hợp nó với những dụng cụ quang khác. “Chúng tôi hi vọng những mạch quang điện tử tích hợp gốc graphene có thể tìm thấy nhiều ứng dụng đa dạng”, Avouris phát biểu với physicsworld.com. Quang detector graphene sẽ đặc biệt có tính cạnh tranh trong vùng bước sóng dài của phổ điện từ và đối với những phép đo cực nhanh”.
Công trình được báo cáo trên tờ Nature Photonics.

Theo physicsworld.com

————— Post added at 10:02 AM ————— Previous post was at 09:59 AM —————

ADN biến graphene thành mũi điện tử

Trích từ: http://360.thuvienvatly.com/tin-tuc/1-2010/892-adn-bien-graphene-thanh-mui-dien-tu

[IMG]+ Phóng to hình

Sơ đồ minh họa một bộ cảm biến graphene trang hoàng ADN. (Ảnh: Robert Johnson, Đại học Temple)

Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa tiết lộ một bộ cảm biến hóa chất mới xây dựng chỉ trên hai chất liệu: graphene và ADN. Dụng cụ thật đơn giản, có độ nhạy cao và dễ chế tạo, và các nhà khoa học tin rằng nó có thể dùng để chế tạo ra một cái “mũi” điện tử có khả năng cảm nhận nhiều loại phân tử đa dạng. Cuối cùng, những bộ cảm biến như vậy có thể dùng trong các bệnh viện để phát hiện ra bệnh tật, tại các cổng kiểm soát an ninh để dò tìm các hóa chất nguy hại và thậm chí có thể được đội cứu hộ sử dụng để tìm kiếm người mất tích. Giống như các đối tác sinh học của chúng, mũi điện tử nhạy với một số lượng lớn phân tử khác nhau. Để làm được như vậy, chúng thường gồm hàng trăm, hoặc thậm chí hàng nghìn, bộ cảm biến trên cùng một con chip. Mỗi bộ cảm biến phản ứng với một phân tử nhất định, giống hệt như các protein thụ cảm khứu giác trong mũi thú. Tuy nhiên, nhu cầu chế tạo hàng nghìn bộ cảm biến khác nhau – và thách thức của việc biến đổi các phản ứng hóa học thành tín hiệu điện tử – có thể làm cho mũi điện tử trở thành những dụng cụ đắt tiền và phức tạp.
A T Charlie Johnson thuộc trường Đại học Pennsylvania, cùng các đồng nghiệp Ye Lu, Brett Goldsmith và Nick Kybert, vừa đi tới một phương pháp đơn giản cảm nhận các hóa chất bởi việc chứng minh các tính chất điện tử của graphene tráng ADN bị thay đổi khi đặt trước những phân tử nhất định.
Bắt đầu với các transistor graphene Graphene là tấm carbon chỉ dày một nguyên tử và đội khoa học xây dựng dụng cụ của họ trên các transistor graphene chế tạo bằng phương pháp “băng dính” chuẩn, kĩ thuật bóc tách từng lớp nguyên tử carbon ra khỏi graphite. Sau đó, các nhà nghiên cứu làm sạch triệt để graphene để loại bỏ mọi chất cặn trên bề mặt có thể gây ra những tín hiệu không muốn có. Mỗi transistor sau đó nhúng trong một dung dịch ADN chuỗi đơn nhất định, chúng tự lắp ráp thành một khuôn mẫu trên bề mặt của graphene. ADN cấu tạo từ bốn base khác nhau – adenine (A); cytosine (C), thymine (T); và guanine (G) – và một ví dụ của chuỗi đã sử dụng là TCT GTG GAG GAG GTA GTC. “Chúng tôi chỉ kiểm tra một vài chuỗi nhưng số chuỗi khả dĩ về cơ bản là vô hạn”, Johnson giải thích.
Các nhà nghiên cứu chọn các chuỗi ADN của họ dựa trên khả năng của chuỗi hoạt động như một tác nhân nhạy hóa chất – một vai trò rất khác với chức năng của ADN trong các cơ thể sống. Mỗi chuỗi hành xử hơi khác nhau trên bề mặt của graphene vì nó có một hình dạng khác, độ pH và các tính chất thấm nước khác nhau. Điều này có nghĩa là mỗi chuỗi tương tác khác nhau với những hóa chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) khác nhau.
Biến thiên điện trở Khi ADN/graphene tương tác với một hóa chất trong môi trường của nó, điện trở của graphene thay đổi. Sự thay đổi này, có thể lớn đến 50%, có thể dễ dàng đo được bằng một thiết bị đơn giản. Và, vì đây là một phép đo điện tử trực tiếp, nên nó diễn ra rất nhanh – các phản ứng hoàn chỉnh có thể trông chưa tới 10 giây và các bộ cảm biến hồi phục trở lại trong khoảng 30 giây. “Bằng cách chế tạo một dãy dụng cụ ADN-graphene như vậy, chúng tôi tin rằng chúng tôi có thể khai thác tính chất này của ADN/graphene để phát hiện ra chất nổ, vũ khí hóa học (như các chất khí kích thích thần kinh) hoặc thậm chí các hợp chất độc hại có thể bị phóng thích bất ngờ tại nhà máy”, Johnson nói.
Thách thức to lớn trước mắt của đội nghiên cứu là tăng quy mô sản xuất các bộ cảm biến của họ. “Chúng tôi cần kiểm tra nhiều chuỗi ADN hơn nữa, lắp nhiều dụng cụ hơn lên trên một con chip và đảm bảo rằng chúng tôi đã hiểu hết mọi tín hiệu khi một ma trận lớn gồm các bộ cảm biến được đặt trước một hỗn hợp hóa chất”, Johnson phát biểu. “Chúng tôi đặt nhiều hi vọng vào những bộ cảm biến này nhưng vẫn còn rất nhiều vấn đề phải giải quyết nữa”.
Nguồn: physicsworld.com

Advertisements

One response to “Graphene là gì

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s