Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Teknologi

Platform baru menghasilkan kegembiraan materi cahaya hybrid dalam graphene bermuatan tinggi – ScienceDaily


Graphene, lapisan karbon atom tipis yang melaluinya elektron dapat melakukan perjalanan hampir tanpa hambatan, telah dipelajari secara ekstensif sejak isolasi pertama yang berhasil lebih dari 15 tahun yang lalu. Di antara banyak sifat uniknya adalah kemampuan untuk mendukung gelombang elektromagnetik yang sangat terbatas yang digabungkan dengan osilasi muatan elektronik – plasmon polaritons – yang berpotensi memiliki aplikasi luas dalam nanoteknologi, termasuk biosensing, informasi kuantum, dan energi matahari.

Namun, untuk mendukung polariton plasmon, graphene harus diisi dengan menerapkan tegangan ke gerbang logam terdekat, yang sangat meningkatkan ukuran dan kompleksitas perangkat skala nano. Peneliti Universitas Columbia melaporkan bahwa mereka telah mencapai graphene aktif secara plasmonik dengan kepadatan muatan tertinggi tanpa gerbang eksternal. Mereka mencapai ini dengan memanfaatkan transfer muatan interlayer baru dengan akseptor elektron dua dimensi yang dikenal sebagai a-RuCl.3. Studi ini sekarang tersedia online sebagai artikel akses terbuka dan akan muncul pada edisi 9 Desember Huruf Nano.

“Pekerjaan ini memungkinkan kami untuk menggunakan graphene sebagai bahan plasmonik tanpa gerbang logam atau sumber tegangan, sehingga memungkinkan untuk membuat struktur plasmonik graphene yang berdiri sendiri untuk pertama kalinya,” kata co-PI James Hone, Profesor Mekanik Wang Fong-Jen. Teknik di Columbia Engineering.

Semua bahan memiliki sifat yang dikenal sebagai fungsi kerja, yang mengukur seberapa erat mereka dapat berpegang pada elektron. Ketika dua material yang berbeda saling berhubungan, elektron akan berpindah dari material dengan fungsi kerja yang lebih kecil ke material dengan fungsi kerja yang lebih besar, menyebabkan material yang pertama menjadi bermuatan positif dan material yang terakhir menjadi bermuatan negatif. Ini adalah fenomena yang sama yang menghasilkan muatan statis saat Anda menggosokkan balon ke rambut Anda.

a-RuCl3 unik di antara material nano karena memiliki fungsi kerja yang sangat tinggi bahkan ketika terkelupas menjadi lapisan 2D setebal satu atau beberapa atom. Mengetahui hal ini, para peneliti Columbia membuat tumpukan skala atom yang terdiri dari graphene di atas a-RuCl3. Seperti yang diharapkan, elektron dihilangkan dari graphene, membuatnya sangat konduktif dan mampu menjadi tuan rumah polariton plasmon – tanpa menggunakan gerbang eksternal.

Menggunakan a-RuCl3 untuk mengisi daya graphene membawa dua keunggulan utama dibandingkan gerbang listrik. a-RuCl3 menginduksi muatan yang jauh lebih besar daripada yang dapat dicapai dengan gerbang listrik, yang dibatasi oleh kerusakan penghalang isolasi dengan graphene. Selain itu, jarak antara graphene dan elektroda gerbang yang mendasari mengaburkan batas antara daerah bermuatan dan tidak bermuatan karena “fringing medan listrik.” Ini mencegah realisasi fitur muatan tajam dalam graphene dan sepanjang tepi graphene yang diperlukan untuk mewujudkan fenomena plasmonik baru. Sebaliknya, di tepi a-RuCl3, muatan dalam graphene turun menjadi nol hampir pada skala atom.

“Salah satu pencapaian utama kami dalam pekerjaan ini adalah mencapai kepadatan muatan dalam graphene kira-kira 10 kali lebih besar dari batas yang ditentukan oleh kerusakan dielektrik dalam perangkat berpagar standar,” kata pemimpin studi PI Dmitri Basov, profesor fisika. “Apalagi, sejak a-RuCl3 – sumber muatan elektronik – bersentuhan langsung dengan graphene, batas antara daerah bermuatan dan tidak bermuatan di graphene sangat tajam. Hal ini memungkinkan kami untuk mengamati pantulan plasmon seperti cermin dari tepi ini dan untuk membuat plasmon tepi satu dimensi yang secara historis sulit dipahami yang menyebar di sepanjang tepi graphene. “Tim juga mengamati batas tajam pada” gelembung nano “, tempat kontaminan terperangkap di antara keduanya. lapisan mengganggu transfer muatan.

“Kami sangat senang melihat bagaimana tiba-tiba kepadatan muatan graphene dapat berubah dalam perangkat ini,” kata Daniel Rizzo, seorang ilmuwan penelitian postdoctoral dengan Basov dan penulis utama makalah tersebut. “Pekerjaan kami adalah bukti konsep untuk kontrol muatan nanometer yang sebelumnya merupakan dunia fantasi.”

Pekerjaan itu dilakukan di Energy and Frontier Research Center on Programmable Quantum Materials yang didanai oleh Departemen Energi Amerika Serikat dan dipimpin oleh Basov. Proyek penelitian menggunakan fasilitas bersama yang dioperasikan oleh Columbia Nano Initiative.

Para peneliti sekarang mengejar rute untuk menggunakan terukir a-RuCl3 sebagai platform untuk menghasilkan pola muatan skala nano kustom dalam graphene untuk secara tepat menyesuaikan perilaku plasmonik sesuai dengan berbagai aplikasi praktis. Mereka juga berharap untuk mendemonstrasikan a-RuCl itu3 dapat dihubungkan dengan berbagai material 2D untuk mengakses perilaku material baru yang memerlukan kepadatan muatan yang sangat tinggi yang diberikan oleh transfer muatan antar lapisan yang ditunjukkan dalam naskah mereka.

Asah mencatat, “Saat teknik transfer muatan antar-lapisan kami dikombinasikan dengan prosedur yang ada untuk membuat pola substrat 2D, kami dapat dengan mudah menghasilkan pola muatan skala nano yang dibuat khusus dalam graphene. Ini membuka banyak peluang baru untuk perangkat elektronik dan optik baru.”

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Data Sidney