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石墨烯能够在纳米尺度上传输巨大的电流

http://www.momo35.com   来源:端科技  日期:2019/03/13

新实验表明,极高电流有可能通过石墨烯,这是一种碳。这允许快速校正电荷的不平衡。

再一次,石墨烯已被证明是一种相当特殊的材料:由TU Wien应用物理研究所的Fritz Aumayr教授领导的国际研究团队能够证明石墨烯中的电子极易移动并且反应非常迅速。在石墨烯膜上撞击具有特别高电荷的氙离子导致大量电子在非常精确的点中从石墨烯上撕下。然而,该材料能够在几飞秒内取代电子。这导致极高电流,在正常情况下不能维持。其非凡的电子特性使石墨烯成为未来电子领域应用的理想选择。

石墨烯能够在纳米尺度上传输巨大的电流

Helmholtz-Center Dresden-Rossendorf和杜伊斯堡 - 埃森大学与TU Wien一起参加了实验。国际团队得到了巴黎和圣塞巴斯蒂安以及内部员工(TU Wien理论物理研究所)的理论支持。

高电荷离子

“我们使用极高电荷的氙离子,”Aumayr教授研究团队的博士生Elisabeth Gruber解释道。“从氙原子中除去多达35个电子,这意味着原子具有高正电荷。”

然后将这些离子在独立的石墨烯单层上烧制,石墨烯夹在微观小支架之间。“氙离子穿透石墨烯薄膜,从而将碳原子从石墨烯中敲出 - 但效果非常小,因为在石墨烯中打开的间隙随后又被另一个碳原子重新填充,”Elisabeth Gruber解释说。“对我们来说,更有趣的是高电荷离子的电场如何影响石墨烯薄膜中的电子。”

甚至在高电荷的氙离子与石墨烯膜碰撞之前就会发生这种情况。当高电荷离子接近时,由于其极强的电场,它开始将电子从石墨烯上撕下。到离子完全通过石墨烯层时,它的正电荷小于10,而开始时则超过30。离子能够从石墨烯薄膜的微小区域提取超过20个电子。

这意味着石墨烯层现在缺少电子,因此围绕氙离子撞击点的碳原子带正电。“你现在期望发生的事情是这些带正电的碳离子相互排斥,在所谓的库仑爆炸中飞走,在材料中留下很大的间隙,”Helmholtz-Center Dresden-Rossendorf的Richard Wilhelm说。目前在TU Wien担任博士后助理。但令人震惊的是,事实并非如此。石墨烯中的正电荷几乎瞬间被中和。

这是唯一可能的,因为在几个飞秒(千万亿分之一秒)的极短时间内,石墨烯中可以替换足够数量的电子。'材料对氙离子引起的破坏的电子响应非常迅速。Elisabeth Gruber解释说,来自石墨烯薄膜相邻区域的强电流在爆炸之前迅速重新供应电子,正电荷相互排斥。“在正常情况下,电流密度比导致材料破坏的电流高约1000倍 - 但在这些距离和时间尺度上,石墨烯可以承受这种极端电流而不会受到任何损害。”

超快电子产品

石墨烯中极高的电子迁移率对于许多潜在的应用具有重要意义:“希望由于这个原因,可以使用石墨烯来构建超快电子器件。石墨烯似乎也非常适合用于光学,例如连接光学和电子元件,“Aumayr说。

 
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