Transcript Γραφένιο
ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΡΑΦΕΝΙΟ Μια επισκόπηση… ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Εισαγωγικά… • Φυσική του γραφενίου • Εφαρμογές ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Τι είναι το γραφένιο; Είναι γραφίτης! ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Εισαγωγικά • Η πιο πρόσφατη αλλοτροπική μορφή άνθρακα • 2-D υλικό – κρυσταλλίτης μονοατομικού πάχους - Εξαγωνικό πλέγμα α0 = 1,42 Å • Ομοιοπολικοί δεσμοί μεταξύ ατόμων C – sp2 • Ένα e- ελευθερο -> μη εντοπισμένο -> ηλεκτρική αγωγιμότητα ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Ιδιότητες Λεπτότερο υλικό στον κόσμο Επιφάνεια 3000 m2 / g Τεράστιο μέτρο Young ( περ 0,5 TPa) 20% ελαστικότητα (μέχρι ώρας) 1000 φορές πιο αγώγιμο από Cu @ Τ=300Κ Διαφανές Αδιαπέραστο ακόμα και από He!!! ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Ενεργειακές ζώνες γραφενίου • Αντιστροφος χώρος -> 1η Ζ.Β. εξαγωνικό πλέγμα • Προσεγγιση Ε.Ζ. με Μοντέλο Ισχυρού δεσμού ->Ενεργειακες ζώνες ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Ενεργειακό χάσμα • Γύρω από τα σημεία Κ , Κ’ Eg (q)≈±huF |q| , όπου uF = 106 ms-1 • Ιδιότητες χαμηλοενεργειακών φορέων φορτίου ->2-D εξίσωση Dirac –ivF σ ψ(r)=Eψ(r), σ πίνακες Pauli ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Επίπεδα Landau: En = ±uF Κυριότερη διαφορά με τυπικούς ημιαγωγούς: Υπαρξη κατάστασης ΜΗΔΕΝΙΚΗΣ ενέργειας που μοιράζονται ηλεκτρόνια και οπές ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Γραφένιο σε Ηλεκτρικό πεδίο Vg <o εισάγει οπές Vg >o εισάγει ηλεκτρόνια ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Ευκινησία φορέων φορτίου – Αγωγιμότητα • Προσδιορίζεται με μετρήσεις Hall 6 επαφών @ Τ=2Κ • Μεταβλητή πυκνότητα φορέων φορτίου => αλλάζει με τη μεταβολή της τάσης πύλης VBG ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Πειραματικά αποτελέσματα Rmax = 12kΩ @ VBG ≈ -10V , B =6 T Εφαρμογές Ψηφιακά ηλεκτρονικάΕπεξεργαστές Οθόνες υγρών κρυστάλλων ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Ηλεκτρονικές Ιδιότητες • Χαμηλός θόρυβος Johnson • Συχνότητες > 100 GHz (2 τάξεις μεγέθους γρηγορότερα της υπάρχουσας τεχνολογίας) • Μεγάλη ευκινησία φορέων φορτίου => Γρήγορη μεταφορά δεδομένων , προσαρμοστικότητα σε εναλλαγές καταστάσεων ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Μέχρι στιγμής… • Δημιουργία τρανζίστορ - διακοπτών • Τρανζίστορ στους 77 Κ • Μήκος πύλης τρανζίστορ 240 nm -> 40 nm (2010) (2012) ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Ας θυμηθούμε… Υγροί κρύσταλλοι Ουσίες των οποίων τα μόρια έχουν ίδιο προσανατολισμό αλλά επιτρέπονται οι μετακινήσεις σε διαφορετικές θέσεις Liquid Crystalls Displays => ΥΚ με νηματική φάση (μεγαλύτερη αταξία, ύπαρξη προτιμητέας κατεύθυνσης n) Αλλαγές στα ε, μ ανάλογα με γωνία ως προς n ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Οθόνες υγρών κρυστάλλων • Γραφένιο σε νανολωρίδες • Αλλαγή οπτικής διαπερατότητας συναρτήσει της τάσης 30μm 10μm ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Οπτική Διαπερατότητα ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Βιβλιογραφία 1. F Molitor, J Guttinger, C Stampfer1, S Droscher, A Jacobsen,T Ihn and K Ensslin “Electronic properties of graphene nanostructures”,2011 2. www.sciencedaily.com%2Freleases%2F2011%2F09%2F110906144043.htm&ei=lg6jT6nbMcig4gT1qqEp &usg=AFQjCNFg1HnTdsVluCp2FbgSYXpSJBxp5g 3. http://www.computerworld.com/s/article/9215609/IBM_shows_smallest_fastest_graphene_processor ?taxonomyId=12&pageNumber=2 4. http://www.realworldtech.com/page.cfm?ArticleID=RWT090402005224 5. Nature.com /nature materials A. K. GEIM AND K. S. NOVOSELOV “The rise of Graphene” March 2007 6. Peter Blake, Paul D. Brimicombe, Rahul R. Nair, Tim J. Booth, Da Jiang, Fred Schedin,Leonid A. Ponomarenko, Sergey V. Morozov, Helen F. Gleeson, Ernie W. Hill, Andre K. Geim, Kostya S. Novoselov “Graphene-based Liquid Crystal Device” 2008 7. http://www.gizmag.com/transparent-flexible-graphene-based-electrodes/19397/ 8. http://www.eng.cam.ac.uk/news/stories/2011/Graphene/ 9. http://www.ief.u-psud.fr/~sauvage/CrystalLens/ 10. http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%93%CF%81%CE%B1%CF%86%CE%AD%CE%BD%CE%B9%CE%BF 11. http://www.graphene-nanotubes.org/en/links.html 12. http://en.wikipedia.org/wiki/Landau_quantization 13. http://www.youtube.com/watch?v=-YbS-YyvCl4 ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΒΟΥΤΥΡΑΣ Βιβλιογραφία 1. 2. http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A5%CE%B3%CF%81%CF%8C%CF%82_%CE%BA%CF%81 %CF%8D%CF%83%CF%84%CE%B1%CE%BB%CE%BB%CE%BF%CF%82#.CE.9D.CE.B7.CE.B C.CE.B1.CF.84.CE.B9.CE.BA.CE.AE_.CF.86.CE.AC.CF.83.CE.B7 Β. Πέογλος, Ι. Ράπτης, Κ. Χριστοδουλίδης «Τεχνικές Πειραματικής Φυσικής» Εκδόσεις ΕΜΠ, Αθήνα 2002 ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ!!!