Výzkum grafenu přináší další odhalení

Viditelné stopy ve výzkumu jednoho z nejnadějnějších materiálů pro budoucnost – grafenu – zanechali vědci z oddělení elektrochemických materiálů Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Na jeho unikátní vlastnosti, jako jsou extrémní mechanická pevnost, tepelná či elektrická vodivost a zároveň optická propustnost, se zaměřují badatelé okolo prof. Ladislava Kavana, dr. Martina Kalbáče a dr. Otakara Franka. Nové poznatky byly publikovány ve třech odborných statích prestižního mezinárodního časopisu Nano Letters. Využity mohou být např. při výrobě nové generace solárních článků a tranzistorů.

Nasazení grafenu v barvivem senzitizovaných solárních článcích místo platiny ukazuje práce prof. Kavana, vzniklá ve spolupráci se skupinou prof. Michaela Grätzela z Ecole Polytechnique v Lausanne. Grafenové nanodestičky ve formě opticky transparentního filmu vykazují vynikající elektrokatalytické vlastnosti pro redox mediátory na bázi kobaltu. V tomto případě grafen jednoznačně překonává platinu jako katalyzátor. Tento objev má zřejmou aplikaci pro novou generaci barvivem sensibilizovaných a kobaltem mediovaných solárních článků, u kterých badatelé prokázali rekordní účinnost konverze solární energie přes 12 %! Článek s grafenovou katodou překonává vlastnosti článku s platinovou katodou zejména ve faktorech zaplnění a v účinnosti při vysoké intenzitě osvětlení.

Další z nadějných aplikací grafenu je nahrazení křemíku v logických obvodech. Teprve nedávno zveřejněný koncept tzv. BISFET tranzistoru (bilayer pseudospin field-effect transistor) by mohl být realizován právě grafenem, přesněji řečeno jeho dvěma vrstvami, které by ale byly uspořádány nad sebou tak, aby jejich vzájemná interakce byla minimální. Takový tranzistor by pak měl až tisícinásobně nižší spotřebu energie než ty současné konvenční na bázi křemíku. Tento koncept je však stále ještě pouze teoretický a představuje velkou výzvu pro výzkum. Jedním ze zásadních kroků je zde pochopení procesů při dopování grafenu (v tomto případě inzerci či extrakci elektronů) a při přenosu náboje mezi jeho vrstvami. Právě touto problematikou se zabývá práce dr. Kalbáče, který pomocí Ramanovy spektroskopie studoval elektrochemické dopování dvouvrstvého grafenu s využitím izotopického značení uhlíku v jednotlivých vrstvách. Tato jedinečná metoda pak přinesla neočekávaný závěr, že elektrochemické dopování obou vrstev probíhá obdobně, což se liší od chování analogického systému, tj. dvoustěnných uhlíkových nanotub. Kromě toho bylo rovněž zjištěno, že dopování může vést ke zmenšení interakce mezi vrstvami, a tím by mohlo být užitečným nástrojem pro modifikaci vlastností grafenových dvouvrstev, např. právě v tranzistorech BISFET. Na výzkumu se podíleli i badatelé z Massachusettského Technologického Institutu v Bostonu.

Dvouvrstvým grafenem, tentokrát ovšem s periodickým AB uspořádáním, a jeho mechanickými vlastnostmi, se zabývá práce dr. Franka. V tomto případě, kromě fundamentálního popisu chování takového materiálu při jednoosém tahu, bylo jedním z cílů práce prověřit možnost otevření zakázaného pásu v jinak perfektně vodivém grafenu pomocí mechanického namáhání. Dosavadní teoretické úvahy tuto možnost předkládaly jako téměř jistou, nicméně prakticky takový pokus ještě realizován nebyl. Zmíněná práce, jež vznikla mimo jiné ve spolupráci s týmem prof. Konstantina Novodelova, nositele Nobelovy ceny za objev grafenu, ukazuje možnost otevření zakázaného pásu nerovnoměrným namáháním obou vrstev, kdy v určitých definovaných momentech dojde k nepatrnému porušení jinak perfektní symetrie AB grafenu. To pak vede k nepatrné, ale zásadní změně elektronové struktury, analogicky k nerovnoměrnému nabíjení dvou vrstev, pomocí něhož bylo otevírání zakázaného pásu prokázáno již dříve. Uvedený postup pomocí mechanického napětí by ovšem mohl být realizován snadněji, například kombinací správně upraveného substrátu na spodní straně a elektrod na svrchní vrstvě. Dr. Frank byl před několika dny oceněn Cenou Učené společnosti pro mladé vědecké pracovníky právě za fundamentální studium mechanické deformace grafenu.

-TZ AV ČR-

Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Merkur bude dnes v pozici před Sluncem

Merkur bude dnes v pozici před...

Na území České republiky bude dnes možné z hvězdáren pozorovat tranzit...
Voyager 2 poslal první zprávu z mezihvězdného prostoru

Voyager 2 poslal první zprávu z...

Na Zemi dorazily první informace z mezihvězdného prostoru, které...
Na odvrácení vesmírné katastrofy participují i Češi

Na odvrácení vesmírné katastrofy...

Že srážka vesmírného tělesa se Zemí není nic příjemného, o tom by...
Astronomové poprvé identifikovali těžký chemický prvek vzniklý při kolizi neutronových hvězd

Astronomové poprvé identifikovali...

Astronomům se poprvé podařilo ve vesmíru detekovat nově vzniklý těžký...
Podle astronomů neměla existovat, přesto je součástí vesmíru

Podle astronomů neměla existovat,...

Podivný kosmický objekt byl zachycen chilským teleskopem Atacama Large...
Kosmonaut zahrádkářem? Na Marsu i na Měsíci je prý překvapivě úrodná půda

Kosmonaut zahrádkářem? Na Marsu i na...

K velkému překvapení vedly výsledky nové studie vědců z...
Co se děje s rotací Venuše?

Co se děje s rotací Venuše?

Planeta Venuše zřejmě nemá ráda velké výkyvy. Díky proudění atmosféry...
Muskova SpaceX staví zbrusu nové rakety Starship

Muskova SpaceX staví zbrusu nové...

Zaměstnanci Space Exploration Technologies Corporation, více známé pod...
Existuje mimozemský život? Čerstvý držitel Nobelovy ceny Didier Queloz v to věří

Existuje mimozemský život? Čerstvý...

Protože švýcarský astronom Didier Queloz letos dostal společně s...
Gastronomie ve vesmíru: Kosmonauti si vytiskli hovězí maso

Gastronomie ve vesmíru: Kosmonauti...

26. září letošního roku byl v ruském segmentu ISS pod taktovkou...

Nenechte si ujít další zajímavé články

U stolu s diktátory: Excentrické chutě a manýry

U stolu s diktátory: Excentrické...

Sto lidí, sto chutí. Když Benito Mussolini povečeří svůj oblíbený pokrm,...
Jak obrazy ovlivňují stav člověka a jeho konání?

Jak obrazy ovlivňují stav člověka...

Odborníci z Národního ústavu duševního zdraví (NUDZ) se rozhodli zjistit, do...
Co to byla Charta 77?

Co to byla Charta 77?

Co přesně to byla v těchto dnech několikrát...
SSSR napadá Finsko: Zimní trápení Sovětského svazu začíná

SSSR napadá Finsko: Zimní trápení...

Stalin si brousí zuby na sousední Finsko a rozjíždí rozsáhlé operace na jeho...
Mrkněte s námi na vzácné zvířecí albíny

Mrkněte s námi na vzácné zvířecí...

Albinismus je vrozený nedostatek kožního barviva melaninu, což se...
Záviš z Falkenštejna: Vládu získal přes královskou postel

Záviš z Falkenštejna: Vládu získal...

„Pelešíte se tu s tím lumpem jako obyčejná děvečka,“ vytkne v roce 1281 Mikuláš...
Susan Lefevre: Uprchne z vězení a zmizí policii na 32 let

Susan Lefevre: Uprchne z vězení a...

Nejen Hrabě Monte Cristo a jiní odvážní muži prchali z vězení. Dokázaly to...
Workoholismus ohrožuje imunitní systém: Škodí stres i nedostatek spánku!

Workoholismus ohrožuje imunitní...

Pracovitost byla vždy považována za ctnost. Až dnes se ukazuje, jak...
Mocní Medicejští z Florencie: Z bankéřů politická elita Evropy

Mocní Medicejští z Florencie: Z...

Původem florentská rodina Medicejů se v polovině druhého tisíciletí...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.