Elektryczne przewodnictwo grafenu

• Autorzy: Trzaska Z.

Warianty tytułu

EN

Electrical conductivity of graphene

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Materiałem o niezwykłych właściwościach nie tylko fizyko-chemicznych, ale przede wszystkim użytkowych jest grafem, w postaci folii, o grubości jednego atomu, utworzonej z atomów węgla umieszczonych płasko w węzłach siatki o strukturze podobnej do plastra miodu. Grafen jawi się jako niezwykle obiecujący materiał, który znajdzie zastosowanie zarówno w sieciach internetowych, telefonii komórkowej, smartfonach, jak też w komputerach. Może być również wykorzystany do budowy efektywnych rezonatorów mechanicznych. Zasadnicza uwaga w artykule skupiona jest na linii transmisyjnej RLC jako modelu jednowarstwowego grafenu w postaci taśmy o długości C i szerokości W, działającego między źródłem Z a odbiornikiem O. W badaniach wpływu wymiarów taśmy grafenu na odpowiedź wykorzystane zostały eksperymenty numeryczne i obliczenia komputerowe z zastosowaniem pakietu programów Matlab. Wyznaczone zostały przebiegi napięcia na odbiorniku wymuszone skokiem jednostkowym napięcia zasilającego dla szerokości taśmy W1 = 10 nm oraz W2 = 20 nm i W3 = 30 nm. W symulacjach komputerowych wyznaczone zostały zmiany amplitudy odpowiedzi układu przy zmianie częstotliwości napięcia zasilającego dla trzech szerokości taśmy grafenu i podano ich odwzorowanie za pomocą wykresów Nyquista. Zarówno analiza w dziedzinie czasu, jak i symulacje w dziedzinie częstotliwości wskazują na fakt, że im szersza jest taśma grafenu przy stałej jej długości, tym stabilniejszy jest układ.

EN

The material with unusual properties not only the physico-chemical ones, but also proved to be useful in practise is graphene, which is a flat layout of the film, one atom thick, formed from carbon atoms arranged in a flat grid nodes of the structure of a honeycomb. Graphene is seen as a very promising material that can be applied both in computer networks, mobile phones, smartphones, as well as in medical robots. It can also be used to build effective mechanical resonator. The main attention in the article is focused on the transmission line RLC as a model of single-layer graphene in the form of a strip of length [ and width W, acting between the source Z and the receiver O. Investigation of the size effect of the graphene strip on the system response are carried out by numerical experiments and computer calculations with use the Matlab software package. Designated waveforms on the receiver were forced to unit jump of the supplied voltage for the tape width W1 = 10 nm, W2 = 20 nm and W3 = 30 nm. Computer simulations were carried out in the frequency domain in the form of extortion assuming sinusoidal voltage with unit amplitude and variable frequency over a wide range and results are given by the Nyquist plots. The analyses of the time-domain and frequency-domain simulations indicate that the broader the band graphene at constant along its length, the more stable the system is.

Słowa kluczowe

PL

grafen; spintronika; modelowanie; symulacje komputerowe; wykresy Nyquista

EN

graphene; spintronics; modeling; simulations; Nyquist diagrams

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 54, nr 11
• Strony: 15--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., il., rys., wykr.

Twórcy

autor

Trzaska Z.

• Wyższa Szkoła Ekologii i Zarządzania w Warszawie

Bibliografia

• [1] Mazurkiewicz A. (red.): Nanonauki i nanotechnologie. Stan i perspektywy rozwoju. Instytut Technologii Eksploatacji - Państwowy Instytut Badawczy, Radom, (2007).
• [2] Trzaska Z.: Właściwości i potencjalne zastosowania metamateriałów. Elektronika, 48, (1), (2007), 7-11.
• [3] Kato Y. K. i in.: Observation of the Spin Hall Effect in Semiconductors, Science 306, (1), (2004), 1910-1913.
• [4] Geim A. K., MacDonald A. H.: Graphene: Exploring carbon flatland. Physics Today, (8), (2007), 35-41.
• [5] Trauzettel B., Gronkowski J.: Od grafitu do grafenu. Postępy Fizyki, 58, (6), (2007), 250-256.
• [6] Wysmołek A., Tworzydło J., Drabińska A.: Grafen - nowy dwuwymiarowy materiał. Postępy Fizyki, 62, (3), (2011), 94-103.
• [7] Zhu Y„ Murali S., Cai W., Li X., Suk J. W., Potts J. R., Ruoff R. S.: Graphene and Graphene Oxide: Synthesis, Properties, and Applications. Advanced Materials, 22, (5), (2010), 3906-3924.
• [8] Philip Kim, Toward Quantum Electronics based on 2-Dimensional Materials and Beyond. Proceedings of Nanotech 2013, Vol. 1, Advanced Materials, pp. 213-216.
• [9] Y. Nishina: Facile Preparation of Graphene Composite Materials and Their Application. Proceedings of Nanotech 2013, Vol. 1, Advanced Materials, pp. 213-216.
• [10] Naeemi A., Meindl J. D.: Physical models for electron transport in graphene nanoribbons and their junctions. Proceedings of the 2008 IEEE/ACM International Conference on Computer-Aided Design, (2008), 400-405.
• [11] Geim A. K., Novoselov K. S.: The rise of graphene, Nature Materials, 6, (2007) 183-191.
• [12] Gómez-Diaz J. S., Perruisseau-Carrier J., Sharma P., lonescu A.: Non-contact characterization of graphene surface impedance at micro and millimeter waves. Journal of Applied Physics, 111, (11), (2012). 114908-7.
• [13] Kaiser A. B., Kern K., Gómez-Navarro C., Sundaram R. S., Burghard M.: Electrical Conduction Mechanism in Chemically Derived Graphene Monolayers. Nano Letters, 9, (5), (2009), 1787-1792.
• [14] M. Zhang, Y. Cui, S. Li: Fabrication and Characterization of Carbon Nanotube/Graphene Hybrid Foam. Proceedings of Nanotech 2013 Vol. 1, p. 272-275.
• [15] Katsnelson M. I.: Graphene: carbon in two dimensions. Materials Today,10, (1-2), (2007), 20-27.
• [16] P. Kula, R. Pietrasik, K. Dybowski, R. Atraszkiewicz, L. Kaczmarek, D. Kazimierski, P. Niedzielski, W. Modrzyk: The growth of a polycrystalline graphene from a liquid phase. Proceedings of Nanotech 2013, Vol. 1, Advanced Materials, pp. 210-212.
• [17] Novoselov K. S. i inni: Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature 438, (10), (2005), 197-200.
• [18] Strupiński W. i inni: Graphene Epitaxy by Chemical Vapor Deposition. Nano Letters,. 11 (4), (2011), 1786-1791.
• [19] Drabińska A. i inni: Growth kinetics of epitaxial graphene on SiC substrates. Physics. Review, B 81, (24) (2010), 245410-4.
• [20] Krupka J., Strupiński W.: Measurements of the sheet resistance and conductivity of thin epitaxial graphene and SiC films. Applied Physics Letters. 96, (8), (2010) 3327334-3.
• [21] Pályi A., Burkard G.: Disorder-mediated electron valley resonance in carbon nanotube quantum dots. arXiv: (2010), 1010.4338.
• [22] Brida D. i inni: Ultrafast collinear scattering and carrier multiplication in graphene. Nature Communications, 4: 1987 doi: 10.1038/ncomms2987 (2013).
• [23] Ponomarenko L. A. i inni: Cloning of Dirac fermions in graphene superlattices. 497, (5), (2013), 594-597.
• [24] Wilson N. R i inni: On the structure and topography of free-standing chemically modified graphene. New Journal of. Physics, 12, (12), (2010), 12510-21.
• [25] Ritter C., Makler S. S., Latgé A.: Energy-gap modulations of graphene ribbons under external fields: A theoretical study. Physical Review B, 77, (19), (2008), 5443-5.
• [26] Dobrzański L. i inni: Kwantowy efekt Halla w epitaksjalnym grafenie otrzymanym w ITME. Elektronika, 52, (4), (2012), 88-96.
• [27] Nair R. R. i inni: Universal Dynamic Conductivity and Quantized Visible Opacity of Suspended Graphene. Science, 320, (6), (2008), 1308.
• [28] Kashcheyevs V., Tamburrano A., Sarto M. S.: Quantum Transport and Current Distribution at Radio Frequency in Multiwall Carbon Nanotubes. IEEE Transactions on Nanotechnology, 11, (3), (2012), 492-500.
• [29] Britnell L. i inni: Resonant tunnelling and negative differential conductance in graphene transistors. Nature Communications, 4: 1794 doi: 10.1038/ncomms2817, (2013).
• [30] Sarto M. S., Tamburrano A.: Comparative analysis of TL models for multilayer graphene nanoribbon and multiwall carbon nanotube interconnects. 2010 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC), 25-30 July 2010, 212-217.
• [31] Trzaska Z.: Analiza i projektowanie obwodów elektrycznych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, (2008).
• [32] Trzaska Z., Trzaska M.: Nieliniowy obwodowy model bipolarnego pulsacyjnego procesu elektrokrystalizacji. Inżynieria Materiałowa, 33, (6), (2012), 705-709.
• [33] Grykien R., Głowacki I.: Polimerowe kompozyty elektrofosforescencyjne emitujące światło białe. Inżynieria Materiałowa, 33, (6), (2012), 705-709.
• [34] Redfern D., Campbell C.: The MATLAB®5 Handbook. Springer, New York, (1998).
• [35] Sahakyan A. S., Movsesyan R. M., Kocharian A. N.: Electronic properties in two dimensional quantum rings consisting of two nanoelements, Proceedings Nanotech, 2013, Vol. 2, pp. 505-507.
• [36] Dobrzański L., Strupiński W., Stankiewicz R., Borysiewicz M., Góra K., Kozłowski A., Stańczyk B., Kwantowy efekt Hall’a w epitaksjalnym grafenie otrzymanym w ITME. Elektronika: konstrukcje, technologie, zastosowania, 2012, Vol. 53, nr 4, ss. 7-8.