ภาพแสดงโครงสร้างของกราฟีน กราไฟต์ ท่อนาโนคาร์บอน และบัคกี้บอล
กราฟีน เป็นวัสดุสองมิติที่มีโครงสร้างเป็นรูปตาข่ายรวงผึ้งของอะตอมคาร์บอน กราฟีนเป็นโครงสร้างพื้นฐานของวัสดุคาร์บอนที่มีรูปแบบโครงสร้าง (allotropic forms) ชนิดอื่น เช่น buckyballs, ท่อนาโนคาร์บอน (Carbon nanotube) และ กราไฟต์ซึ่งเป็นส่วนประกอบของใส่ดินสอ เป็นต้น กราฟีนค้นพบในปี 2004 โดยกลุ่มนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ในประเทศอังกฤษ คุณสมบัติทางการนำไฟฟ้าของมันมีความน่าสนใจ เพราะไม่ได้มีอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคพาหะ แต่เป็นกลุ่มของอนุภาคที่มีสปินครึ่ง และคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วใกล้แสง (1 ใน 300 เท่าของอัตราเร็วแสง) ซึ่งอาจจะนำมาช่วยในการศึกษาอันตรกริยาขั้นพื้นฐานของอนุภาคต่างๆได้ นอกจากนี้แล้วกราฟีนยังเป็นความหวังในการสร้างอุปกรณ์นาโนอิเล็กโทรนิก เช่น ทรานซิสเตอร์ และ เครื่องตรวจจับสารเคมีต่างๆอีกด้วย
ในการที่จะ สร้างทรานซิสเตอร์ได้นั้น นักฟิสิกส์จะต้องนำกราฟีนมาสร้างรอยต่อ p-n หรือ p-n junction ซึ่งเป็นโครงสร้างพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กโทรนิกต่างๆให้ได้เสียก่อน โดยการต่อขั้วไฟฟ้าบวก และขั้วไฟฟ้าลบ บนแผ่นของกราฟีน ขั้วไฟฟ้าบวกจะจะดึงประจุลบจากแผ่นกราฟีนที่อยู่ข้างล่างมันทำให้เกิดเป็น บริเวณที่มีประจุลบมาก (เทียบได้กับ สารกึ่งตัวนำที่เป็น n-type) ในขณะที่ขั้วไฟฟ้าลบก็จะผลักประจุลบออกไปจากบริเวณนั้นทำให้เกิดบริเวณที่มี ประจุบวก (เทียบได้กับสารกึ่งตัวนำที่เป็น p-type) หรือในอีกแง่หนึ่งบริเวณระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองก็จะมีคุณสมบัติเหมือนกับ รอยต่อ p-n ในตัวไดโอดนั่นเอง
ภาพแสดงการทดลอง (ดูรายละเอียดจากเอกสารอ้างอิง)
อย่าง ไรก็ตามการจะติดขั้วไฟฟ้าลงบนแผ่นกราฟีนที่มีความบางเพียง 1 อะตอมทำได้อยากมาก เพราะแผ่นกราฟีนอาจจะเกิดการฉีกขาดและเสียหายได้ นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยฮาวาร์ด นำโดย ดร. ชาลส์ มาคุส (Charles Marcus) ค้นพบเทคนิคที่จะสามารถแก้ปัญหานี้ได้ โดยเทคนิคดังกล่าวเรียกว่า Atomic layer deposition (หรือ ALD) ซึ่ง ดร. คุส กล่าวว่าเขาได้ขอยืมเทคนิคนี้มาจากนักเคมี ที่สังเคราะห์ท่อนาโนคาร์บอน ซึ่งเป็นการเอาแผ่นกราฟีนมาม้วนเป็นท่อนั่นเอง
อย่างไรก็ตามแม้ว่า นักฟิสิกส์จะประสบความสำเร็จในการสร้างรอยต่อ p-n จากกราฟีนได้แล้ว แต่รอยต่อนี้มีคุณสมบัติที่ต่างกันกับรอยต่อ p-n ที่ได้จากสารกึ่งตัวนำ ที่สำคัญคือไม่มีช่องว่างของพลังงานที่เรียกกันว่า Energy gap ทำให้มันไม่สามารถนำมาใช้ในทรานซิสเตอร์ได้ นักฟิสิกส์จึงจะต้องสร้างช่องว่างพลังงานให้กับแผ่นกราฟีน ซึ่งทีมของ ดร. มาคุส กำลังศึกษาความเป็นไปได้ที่จะใช้เทคนิค ALD มาสร้างทรานซิสเตอร์จากกราฟีนต่อไป
ข่าวจาก
- ฟิสิกส์เว็บ http://physicsweb.org/articles/news/11/6/19/1
- Preprint ของบทความวิชาการต้นฉบับหาได้จาก http://arxiv.org/abs/0704.3487
แหล่งค้นคว้าเพิ่มเติม
- http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene
- Physics World November 2006
http://physicsweb.org/articles/world/19/11/7/1
ที่มา http://www.vcharkarn.com/vcafe/99541
