El grafeno primeros pasos

Dos científicos de la Universidad de Manchester fueron galardonados con el Premio Nobel 2010, de física el martes por su investigación pionera en el grafeno, una película de un átomo de espesor de carbono cuya fuerza, la flexibilidad y la conductividad eléctrica, se han abierto nuevos horizontes para la investigación de la física pura, y de alta aplicaciones de tecnología.

El grafeno es uno de los más fuertes, y la mayoría de los materiales conductores más ligero que conoce la humanidad. También es 97,3 por ciento transparente, pero se ve muy cool con poderosos microscopios. Vea nuestra galería.

Es un digno Nobel, por la sencilla razón de que el grafeno puede ser uno de los materiales más prometedores y versátiles jamás descubiertos. Podría ser la clave para todo, desde computadoras supersmall, a las baterías de alta capacidad.

Las Propiedades del grafeno, son atractivas para los científicos e ingenieros de materiales eléctricos de toda una serie de razones, no menos importante de los cuales es el hecho de que podría ser posible construir circuitos, que son más pequeños y más rápidos que lo que puedan construir en el silicio.

 

Pero primero: ¿Qué es, exactamente?

 

Imagine "cristales de un átomo o una molécula de espesor, esencialmente, unidimensional dos aviones de átomos de afeitado de los cristales convencionales", dijo el Nobel de Andre Geim en la revista New Scientist. "El grafeno, es más fuerte y más rígido que el diamante, pero se puede estirar en una cuarta parte de su longitud, como el caucho. Su superficie, es la más grande conocida por su peso".

Geim y su colega (y ex asistente de post-doctorado) Konstantin Novoselov, trabajaron por primera vez en 2004 con el Grafeno, en varias ocasiones al pegar tiras de grafito con cinta adhesiva, para aislar a un plano atómico. Analizaron su fuerza, la transparencia y las propiedades conductoras, revelado en un documento para la Ciencia del mismo año.

 

Transistor Super-pequeño

 

El equipo de Manchester en 2008 creó, un 

transistor de grafeno de nanómetros-1, un solo átomo de grosor y 10 átomos de ancho. Esto no sólo es más pequeño que el transistor de silicio más pequeño posible; Novoselov, afirmó que podría muy bien representar la física del límite absoluto de la Ley de Moore, que rigen la reducción del tamaño y la velocidad de crecimiento de los procesadores del computador.

"Se trata de la más pequeña se puede obtener", dijo Novoselov Wired Science. "Desde el punto de vista de la física, el grafeno es una mina de oro. Se puede estudiar durante mucho tiempo"

 

Super-denso en el almacenamiento de datos

 

Los investigadores de todo el mundo, ya se han puesto a trabajar con grafeno. Un equipo de la Universidad de Rice, en 2008, creó un 

nuevo tipo de grafeno basado, como el almacenamiento en memoria flash, más denso y con menos pérdidas que cualquier otra tecnología de almacenamiento existentes. Dos investigadores de la Universidad del Sur de la Florida, a principios de este año informaron de las técnicas para mejorar y dirigir su conductividad mediante la creación, de defectos como hilos para enviar corriente que fluye a través de las tiras de grafeno.

 

Almacenamiento de energía

 

Las aplicaciones de la energía de grafeno son también extraordinariamente ricas. El grafeno de Energía de Texas, consiste en

usar la película para crear ultracapacitators,  para almacenar y transmitir la energía eléctrica. Las empresas actualmente utilizan nanotubos de carbono, para crear la electrónica portátil, ropa con la capacidad de cargar los dispositivos con energía, están comenzando a cambiar el grafeno, que es más delgado y potencialmente menos costoso de producir. Mucha de la investigación emergentes, se dedican a la elaboración de diferentes maneras de producir grafeno rápido, barato y en grandes cantidades.

 

Dispositivos ópticos: las células solares y pantallas táctiles flexibles

 

Un equipo de la Universidad de Cambridge, sostiene en un artículo de septiembre en Nature Photonics, que el 

verdadero potencial de grafeno, reside en su capacidad para llevar a cabo la luz así como la electricidad. Fuerte, sensible a la luz el grafeno flexible, podrían mejorar la eficiencia de las células solares y LEDs, así como ayudar en la producción de dispositivos de próxima generación, como pantallas táctiles flexibles, fotodetectores y láseres ultrarrápidos. En particular, el grafeno, puede reemplazar metales raros y caros, como el platino y el indio, realizando las mismas tareas con mayor eficiencia a una fracción del costo.

 

Física de Altas Energías de partículas

 

En la ciencia pura, de acuerdo con Geim, el grafeno "hace posible, la experimentación con partículas cuánticas, de alta velocidad que los investigadores en el CERN, cerca de Ginebra, Suiza, sólo puede soñar." Debido a que el grafeno, es eficaz sólo en dos dimensiones, los electrones pueden moverse a través de su estructura reticular prácticamente sin resistencia. De hecho, se comportan como partículas en relación de Heisenberg, con una masa efectiva de descanso de cero.

Es un poco más complicado que esto, pero aquí está una explicación rápida. Para tener una masa en el sentido tradicional, los objetos deben tener un volumen; electrones exprimidos a través de grafeno, bidimensional no tienen ni. En otras palabras, las mismas propiedades que hace que el grafeno como un medio eficiente para almacenar y transmitir la energía también demuestra algo fundamental sobre la naturaleza del universo subatómico.

http://www.wired.com/gadgetlab/tag/nanotech/

Transistor ultra rápido en el grafeno (una capa atómica compuesta de átomos de carbono que es organizarla en hexágonos, que da el grafito)

El 14/09/2010

Investigadores de California creen que una revolución se está gestando, en el campo de los procesadores y componentes. Si bien la norma actual, es la fabricación de estos chips de silicio, un equipo de la UCLA (UCLA), está desarrollando un transistor ultra rápido en el grafeno, (una capa atómica compuesta de átomos de carbono que es organizarla en hexágonos, que da el grafito). Este material está basado en circuitos electrónicos del futuro, y alcanzar velocidades de procesamiento muy superior a las ofrecidas por el silicio.

Los investigadores y los ingenieros que trabajan en el proyecto, utilizaron un alambre pequeño (a escala nanométrica) para tratar de construir su transistor de grafeno, que muestra un gran rendimiento: los picos de 300 GHz, en los componentes con una distancia entre la fuente y la fuga de 140 nanómetros.

Eso es dos veces más rápido, que el mejor del transistor de efecto de campo, de semiconductores "de óxido de metal", en el silicio existentes (con proporciones similares, y equivalentes a las producidas en el fosfuro de indio o arseniuro de galio (semiconductor y un coste muy elevado) .

La fabricación del transistor de grafeno, era ciertamente complejo, pero no tan complicada, según sus diseñadores que piensan que con algunos " pequeños cambios", el proceso creativo debe ser estable con bastante rapidez. "Este componente tiene el potencial para entrar en la parte de los terahercios", añaden.

La estructura electrónica del grafeno (que es un cristal) permite que las cargas que se mueven con facilidad, por lo que es posible crear circuitos mucho más rápido que el silicio.

http://www.developpez.com/actu/21038/Des-chercheurs-americains-construisent-le-transistor-en-graphene-le-plus-rapide-du-monde-est-ce-l-avenir-des-circuits-electroniques

Estudio de las órbitas de los electrones en el grafeno multicapa encuentra deficiencias inesperadas de energía

Estudio de las órbitas de los electrones en el grafeno multicapa encuentra deficiencias inesperadas de energía

10 de agosto 2010

El apilamiento de hojas de grafeno crea regiones en las que la alineación moiré es de tipo AA (todos los átomos tienen los vecinos de la capa de abajo) , AB (sólo una átomos tienen los vecinos ) o Iberia ( solamente átomos de B tienen los vecinos ) . En la figura, las regiones de AA son de color azul - blanco, mientras que AB y BA regiones son el rojo y amarillo, respectivamente. Crédito: Cortesía de Felipe Primera

Los investigadores han dado un paso más hacia la comprensión de las propiedades únicas ya menudo inesperados del grafeno , un material de carbono de dos dimensiones que ha despertado el interés por sus aplicaciones potenciales en las futuras generaciones de dispositivos electrónicos.

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En el 8 de agosto antes de la edición en línea del diario Nature Physics, Los investigadores del Georgia Institute of Technology y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST ) describen por primera vez cómo las órbitas de los electrones se distribuyen espacialmente por los campos magnéticos aplicados a las capas de grafeno epitaxial .

El equipo de investigación también encontró que estas órbitas de electrones pueden interactuar con el sustrato sobre el que se cultiva el grafeno , la creación de lagunas de energía que afectan a cómo las ondas de electrones se mueven a través del material multicapa. Estas lagunas de la energía podría tener implicaciones para los diseñadores de determinados grafeno basado en dispositivos electrónicos.

"El patrón regular de las deficiencias de energía en la superficie de grafeno crea regiones donde el transporte de electrones no está permitido ", dijo Phillip N. First , profesor en la Escuela de Georgia Tech de Física y uno de los co el papel -autores . "Las ondas de electrones tendría que ir en torno a estas regiones , lo que requiere nuevos patrones de interferencia de electrones de onda. Comprender esas injerencias será importante para los dispositivos de grafeno bi - capa que se han propuesto , y puede ser importante para otros celosía de concordancia sustratos utilizados para apoyar grafeno y los dispositivos de grafeno. "

En una campo magnético, un electrón se mueve en una trayectoria circular - conocida como una órbita ciclotrón - cuyo radio depende del tamaño del campo magnético y la energía del electrón. Para un campo magnético constante , que es un poco como rodar una canica todo en un tazón grande , dijo Primera .

"En la alta energía, el mármol órbitas altas en la taza , mientras que para bajas energías , el tamaño de la órbita es más pequeña y más baja en la taza ", explicó . " Las órbitas ciclotrón en el grafeno también dependen de la energía del electrón y el electrón potencial local - que corresponde a la taza - pero hasta ahora , las órbitas no había sido captado directamente. "

Situado en un campo magnético, estas órbitas de deriva normalmente a lo largo de las líneas de potencial eléctrico casi constante. Pero cuando una muestra de grafeno tiene pequeñas fluctuaciones en el potencial, estos "estados de deriva " pueden quedar atrapados en una colina o un valle en el material que se ha cerrado constante contornos potenciales. Dicha captura de portadores de carga es importante para el efecto Hall cuántico , en el que precisamente cuantificado los resultados de resistencia de la conducción responsable únicamente a través de las órbitas que saltan a lo largo de los bordes del material.

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El estudio se centró en una órbita del electrón particular: una órbita de energía cero que es único en el grafeno . Debido a que los electrones son ondas de materia , la interferencia en un material afecta cómo su energía se refiere a la velocidad de la onda - y ondas reflejadas añadido a una onda de entrada se pueden combinar para producir una onda lenta compuesto. Electrones que se mueven a través de la única "pollo -wire " arreglo de enlaces carbono-carbono en el grafeno interferir en una forma que deja la velocidad de onda de la misma para todos los niveles de energía.

Además de encontrar que los estados de energía de seguir las variaciones del potencial eléctrico constante, los investigadores descubrieron áreas específicas en la superficie de grafeno , donde la energía orbital de los electrones cambia de un átomo a otro. Eso crea una brecha de energía en zonas aisladas en la superficie.

" Al examinar su distribución sobre la superficie en diferentes campos magnéticos, se determinó que la brecha de energía se debe a una sutil interacción con el sustrato , que consta de varias capas de grafeno crecido en una oblea de silicio de carburo ", explicó en primer lugar .

En grafeno epitaxial de múltiples capas, cada capa es simétrica subred se rota ligeramente con respecto a la siguiente. En estudios previos , los investigadores encontraron que las rotaciones servido para disociar las propiedades electrónicas de cada capa de grafeno.

"Nuestros hallazgos tienen los primeros indicios de una pequeña interacción dependiente de la posición entre las capas ", dijo David L. Miller , autor principal del artículo y un estudiante graduado en el laboratorio Primera . " Esta interacción se produce sólo cuando el tamaño de una órbita ciclotrón - que reduce a medida que el campo magnético es mayor - se hace más pequeño que el tamaño de los parches observado. "

El origen de la posición de interacción dependientes se cree que es el patrón de " moiré " de las alineaciones atómica entre dos capas adyacentes de grafeno. En algunas regiones , los átomos de una capa de átomos se encuentran encima de la capa de abajo, mientras que en otras regiones , ninguno de los átomos se alinean con los átomos de la capa de abajo. En otras regiones todavía , la mitad de los átomos tienen los vecinos de la capa inferior , un caso en que se rompe la simetría de los átomos de carbono y el nivel de Landau - nivel discreto de energía de los electrones - se divide en dos energías diferentes .

Experimentalmente , los investigadores examinaron una muestra de grafeno epitaxial crecido a Georgia Tech en el laboratorio del profesor Walt de Heer , utilizando técnicas desarrolladas por su equipo de investigación durante los últimos años.

Ellos usaron la punta de un microscopio de barrido construido por encargo - de efecto túnel ( STM ) para investigar la estructura electrónica a escala atómica de la grafeno en una técnica conocida como espectroscopía de efecto túnel . La punta se mueve por la superficie de una sección de 100 nanómetros cuadrados de grafeno , y los datos espectroscópicos fue adquirido cada 0,4 nanómetros.

Las mediciones se realizaron en 4,3 grados Kelvin para aprovechar el hecho de que la resolución de energía es proporcional a la temperatura. El microscopio de efecto túnel - , diseñado y construido por José Stroscio en el Centro de Nanotecnología del NIST para la Ciencia y la Tecnología, utiliza un imán superconductor para proporcionar los campos magnéticos necesarios para estudiar las órbitas .

Según Primero, el estudio plantea una serie de preguntas para la investigación futura , incluida la forma en las lagunas de la energía afectará a las propiedades de transporte de electrones , como los efectos observados pueden afectar propuesta bi - capa grafeno dispositivos coherente - y si el nuevo fenómeno se puede controlar.

"Este estudio es realmente un escalón en el largo camino para entender las sutilezas de las propiedades interesantes de grafeno ", dijo. "Este material es diferente de todo lo que hemos trabajado antes en la electrónica. "

Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Georgia

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El grafeno se vuelve verde

Por Melissa Mahony  27 de julio 2010

La preocupación ha crecido en los últimos años por las consecuencias potenciales de las nanopartículas artificiales, entrar en las grietas diminutas diversas e involuntaria del medio ambiente y el cuerpo humano. Si bien hay mucho que aprender sobre cómo el mundo nano puede influir en el macro, los investigadores de La Universidad de Rice están ganando penetraciones en el grafeno, tiene relación con el medio ambiente .

El grafeno, es un material prometedor para muchas cosas, desde la entrega oportuna de medicamentos para las partes del cuerpo a la extracción de petróleo. El material ultra -delgada, la transferencia de calor ha interesado a muchos en un posible sustituto para el silicio en la electrónica.

Electrónica, nuevos , viejos, desechados, reciclados están en todas partes. En caso del grafeno, complementar o de hecho, dentro de silicio desplazar a nuestros gadgets, como respetuoso del medio ambiente, esta sustancia será muy importante .

Dos trabajos publicados esta semana en ACS Nano, explica los  detalles de los dos extremos del ciclo de vida de grafeno . Si bien existen muchas teorías sobre cómo hacer y óxido de grafeno grafeno (GO), en gran cantidad , un papel muestra la forma de hacerlo sin emitir gases tóxicos.

El químico James Tour, de la Universidad Rice en un declaración:

La gente estaba usando el clorato de potasio o de nitratos sodio,  que con la liberación de gases tóxicos, uno de los cuales, el dióxido de cloro es explosivo. Los fabricantes, siempre se muestran renuentes a ir a gran escala en cualquier proceso que genera productos intermedios explosivos.

Muchas empresas han comenzado a experimenar, con el óxido de grafeno grafeno, y creo que van a ser muy difícil presionar para llegar a un procedimiento más barato que haga esto eficiente y seguro con el medio ambiente.

El otro estudio, aborda la forma en que el grafeno se descomponen en el ambiente. La investigación encuentra que el casi omnipresente bacterias Shewanella,  capaces de degradar GO en grafeno. Múltiples capas de grafito de grafeno .

Según los investigadores, las bacterias de la familia Shewanella puede también convertir el hierro, cromo, uranio y arsénico en sustancias menos nocivas y será importante para los futuros esfuerzos de bio- remediación.

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Imagen: Salas Everett / Universidad de Rice

Vía: ScienceDaily

 

http://www.smartplanet.com/business/blog/intelligent-energy/graphene-goes-green/2106/