استفاده از گرافن و نیترید بور در تولید ترانزیستور

ترانزیستورها گرافنی کلید توسعه ادوات تصویربرداری پزشکی و سیستم‌های امنیتی است. اخیرا مقاله‌ای تحت عنوان Resonant tunnelling and negative differential conductance in graphene transistors در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است که در آن محققان توضیحاتی درباره ساخت اولین ترانزیستور گرافنی با ویژگی دوگانه ارائه کردند. این ترانزیستور قادر است به‌صورت خودبه‌خودی بین دو حالت الکترونیکی سوئیچ کند. از این سیستم می‌توان به‌عنوان نشر کننده امواج الکترومغناطیس در محدوده فرکانس بالا، جایی بین رادار و مادون قرمز استفاده کرد. این سیستم می‌توان کاربردهای متعددی نظیر تصویربرداری پزشکی و ادوات امنیتی داشته باشد. 

پایداری دوگانه پدیده‌ای عمومی است که در آن سیستمی الکلنگ مانند وجود دارد که دو حالت و یک اختلال کوچک تشکیل دهنده آن است. این سیستم به‌صورت خودبه‌خودی می‌تواند میان این دو حالت سوئیچ کند. از آنجایی که سرعت حرکت الکترون در گرافن بسیار بالاست بنابراین سرعت سوئیچ میان دو حالت فوق العاده خواهد بود چیزی درحدود میلیاردها بار در هر ثانیه.

در این دستگاه دولایه گرافنی با استفاده از یک عایق نیترید بور از یکدیگر جدا می‌شوند به‌طوری که فاصله میان آنها به اندازه چند اتم فاصله دارد. ابر الکترونی در هر لایه گرافنی می‌تواند با اعمال ولتاژی کوچک تنظیم شود. با این کار الکترون به حالتی در می‌آید که قادر است به‌صورت خودبه‌خودی با سرعت‌ بسیار بالا دراین لایه به حرکت در آید.

از انجایی که دو لایه گرافنی بوسیله یک لایه نازک عایق جدا شده‌اند، الکترون‌ها می‌توانند با عبور از این سد، توسط تونل‌زنی کوانتومی، عبور کنند. با این کار بار الکتریکی با سرعت به حرکت در آمده و موجب تولید امواج الکترومغناطیس با فرکانس بالا می‌شود. این ترانزیستور جدید ویژگی‌های الکلنگ کوانتومی را دارد در این حالت بار الکتریکی در دو سوی مختلف ولتاژ به حرکت در می‌آیند. قدم بعدی در این ترانزیستور آن است که بتوان آن را به‌نحوی بهینه کرد که هم به‌عنوان شناساگر و هم نشر دهنده عمل کند.

پیش از این گزارشاتی درباره ادوات گرافنی منتشر شده بود اما این اولین باری است که دستگاهی با استفاده از گرافن حاوی لایه‌ای از جنس دیگر ساخته می‌شود.