Nove tehnologije na bazi grafena

Doc.dr.sc. Marinko JablanSveučilište u Zagrebu

Zadar, 18.09.2015.

NEFELPRO projekt: Nelinearna kvantna optika u grafenu

Nobelova nagrada iz fizike (2010)

• Za potresna otkrića u vezi dvo-dimenzionalnog materijala grafena

Andre Geim Konstantin NovoselovGrafen

Grafen

Grafen

GrafitFullereni (1985., Nobelova 1996.)

Ugljikove nanocjevčice (1991.)

Grafenska djeca

Atom ugljika

Kvantna mehanika

PauliBohr

E

1s

2s

2p

Schrodinger

Hibridizacija orbitala

Dijamant Sp3 hibridizacija

Grafit

Hibridizacija orbitala

Sp2 hibridizacija

Hibridizacija orbitala

Sp3 hibridizacija

Sp2 hibridizacija

-orbitale

Mehanička svojstva

-orbitala

Električna svojstva

Sp2 hibridizacija

Misterij elektrona

Izolator Vodič

Supravodič

Spinska stakla

Frakcionalni kvantni Hallov effekt

Topološki izolatori

Elektronske vrpce

d

d

E Molekula ugljika

1s

2s

2p

Aproksimacija atomskih orbitala

Elektronske vrpce

d

E

Kristal ugljika

1s

2s

2p

Elektronske vrpce

d

E

Izolator

Elektronske vrpce

d

E

Vodič

Elektronske vrpce

d

E

Grafen

Elektrostatsko dopiranje

Kondenzator

Elektrostatsko dopiranje

Kondenzator

- - - - -

d

E Grafen

Elektrostatsko dopiranje

Elektronika

Tranzistor = Transfer resistor Potreban procjep u vrpcama > kT

Dvo-dimenzionalni svijet

• Geim, Nature 499, 419 (2013)

Dvo-dimenzionalni svijet

• Geim, Nature 499, 419 (2013)

Dvo-sloj grafena

• Freitag, Nature 7, 596 (2011)

Dvo-dimenzionalni svijet

• Geim, Nature 499, 419 (2013)

Heterostrukture

Elektronske vrpce

d

E

Elektronska disperzija 1s

2s

2p

p

E

Relativistička fizika u vrhu olovke

p

E

𝐸 =𝑝2

2𝑚 Nerelativističke čestice:

Relativističke čestice: (energija mirovanja)

𝐸 = 𝑚𝑐2

Relativističke čestice: (energija gibanja)

𝐸 = 𝑚2𝑐4 + 𝑝2𝑐2

Relativističke čestice: (bez mase: Weyl)

𝐸 = 𝑝𝑐

Kvantno tuneliranje

Kleinov paradoks

Relativistička fizika u fotoničkom kristalu

Weylove točke u fotoničkom kristalu (3D)

• Lu, Science 7, 349 (2015) Soljačić

Svjetlosna računala, 2. listopad u 18h

Weylove točke u grafenu (2D)

Magneti i žabe

Andre Geim Žaba

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2010/geim-lecture.html

Ig Nobel 2000, Nobel 2010

Od selotejpa to Nobelove nagrade

Od selotejpa to Nobelove nagrade

Mehanička stabilnost

Suspendirani grafenLandau Peierls

Termalne fluktuacije će uništiti dugo-dosežno uređenje u dvije dimenzije na bilo kojoj, konačnoj temperaturi (1940).

Grafenske bore

Nove tehnologije na bazi grafena

Kralj, Institut za fiziku

Industrijska proizvodnja grafena

Industrijska proizvodnja grafena

Primjene u bio-kemiji

Molekularni detektori DNA sekvencioniranje Barijera za molekule Desalinizacija Kondomi

Image courtesy of R. Johnson/Temple University

Prozirne elektrode (ITO)

InSnO (ITO)

Rijedak element: In

Prozirne elektrode (grafen)

• Bonaccorso, Nature Photonics 4, 611 (2010).

Absorpcija svjetlosti

• Nair, Science 320, 1308 (2008)

Fotodetektori (IC)

Svjetlosna računala

Kako ubrzati računala?

Elektronika: 1 GHz

Optika: 100 000 GHz

Difrakcijska granica

Optički valovodi

Optički mikroskopi

Nano-fotonika u grafenu

Visokofrekventne oscilacije elektrona u grafenumogu slomiti difrakcijsku granicu

Svjetlosna računala, 2. listopad u 18h

SoljačićBuljan

Jablan, Buljan, Soljačić, PRB 80, 245435 (2009)

• Fei, Nature 487, 82 (2012)

Big data science

25. rujna u 17h

Igor Mekterović (FER)

Grafen

Otkriće

Primjene

Hvala vam na pažnji!