Bilayer graphene
बिलेयर ग्राफीन एक ऐसी सामग्री है जिसमें ग्राफीन की दो परतें होती हैं। द्विस्तरीय ग्राफीन की पहली रिपोर्टों में से एक गीम और उनके सहयोगियों द्वारा 2004 के मौलिक विज्ञान पत्र में थी, जिसमें उन्होंने उपकरणों का वर्णन किया था "जिसमें सिर्फ एक, दो या तीन परमाणु परतें थीं" संरचना बिलेयर ग्राफीन एबी, या बर्नल-स्टैक्ड रूप में मौजूद हो सकती है, जहां आधे परमाणु सीधे निचले ग्राफीन शीट में एक षट्कोण के केंद्र पर स्थित होते हैं, और आधे परमाणु एक परमाणु के ऊपर स्थित होते हैं, या, कम सामान्य रूप से, एए रूप में, जिसमें परतें बिल्कुल संरेखित होती हैं। बर्नल स्टैक्ड ग्राफीन में, जुड़वां सीमाएँ आम हैं; एबी से बीए स्टैकिंग में संक्रमण। मुड़ परत, जहाँ एक परत को दूसरी के सापेक्ष घुमाया जाता है, का भी व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है। क्वांटम मोंटे कार्लो विधियों का उपयोग एए-और एबी-स्टैक्ड बाइलेयर ग्राफीन की बाध्यकारी ऊर्जा की गणना करने के लिए किया गया है, जो क्रमशः 11.5 (9) और 17.7 (9) एमईवी प्रति परमाणु हैं। यह इस अवलोकन के अनुरूप है कि एबी-स्टैक्ड संरचना एए-स्टैक्ड संरचना की तुलना में अधिक स्थिर है। संश्लेषण बिलेयर ग्राफीन को ग्रेफाइट से एक्सफोलिएशन या रासायनिक वाष्प जमाव (सी. वी. डी.) द्वारा बनाया जा सकता है। 2016 में, रॉडनी एस. रूऑफ़ और उनके सहयोगियों ने दिखाया कि ऑक्सीजन-सक्रिय रासायनिक वाष्प जमाव द्वारा बड़े एकल-क्रिस्टल द्विस्तरीय ग्राफीन का उत्पादन किया जा सकता है। बाद में उसी वर्ष एक कोरियाई समूह ने वेफर-स्केल सिंगल-क्रिस्टल एबी-स्टैक्ड बाईलेयर ग्राफीन ट्यूनेबल बैंडगैप के संश्लेषण की सूचना दी। 2007 में, शोधकर्ताओं ने भविष्यवाणी की कि एक बैंडगैप पेश किया जा सकता है यदि दो परतों पर एक विद्युत विस्थापन क्षेत्र लागू किया जाएः एक तथाकथित ट्यूनेबल बैंड गैप। द्विस्तरीय ग्राफीन में एक ट्यूनेबल बैंडगैप का एक प्रयोगात्मक प्रदर्शन 2009 में आया था। 2015 में शोधकर्ताओं ने द्वि-परत ग्राफीन क्षेत्र की दीवारों पर 1डी बैलिस्टिक इलेक्ट्रॉन संचालन चैनलों का अवलोकन किया। एक अन्य समूह ने दिखाया कि सिलिकॉन कार्बाइड पर द्विस्तरीय फिल्मों के बैंड अंतराल को वाहक सांद्रता को चुनिंदा रूप से समायोजित करके नियंत्रित किया जा सकता है। 2014 में शोधकर्ताओं ने द्विस्तरीय ग्राफीन में जटिल इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं के उद्भव का वर्णन किया, विशेष रूप से भिन्नात्मक क्वांटम हॉल प्रभाव और दिखाया कि इसे एक विद्युत क्षेत्र द्वारा ट्यून किया जा सकता है। 2017 में द्विस्तरीय ग्राफीन में एक सम-पंथीय आंशिक क्वांटम हॉल अवस्था का अवलोकन बताया गया था। उत्तेजक संघनन बिलेयर ग्राफीन ने उत्तेजनाओं के बोस-आइंस्टीन संघनन को प्राप्त करने की क्षमता दिखाई। इलेक्ट्रॉन और छेद फर्मियन होते हैं, लेकिन जब वे एक उत्तेजना बनाते हैं, तो वे बोसॉन बन जाते हैं, जिससे बोस-आइंस्टीन संघनन होता है। द्विस्तरीय प्रणालियों में एक्साइटॉन संघनन को सैद्धांतिक रूप से एक अतिप्रवाह ले जाने के लिए दिखाया गया है। एम. आई. टी. के ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन पाब्लो जारिलो-हेरेरो और हार्वर्ड और नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर मैटेरियल्स साइंस, सुकुबा, जापान के सहयोगियों ने दो परतों के बीच 1.1 डिग्री के मोड़ कोण के साथ बाइलेयर ग्राफीन में सुपरकंडक्टिविटी की खोज की सूचना दी है। इस खोज की घोषणा मार्च 2018 में नेचर में की गई थी। निष्कर्षों ने 2011 में एलन मैकडोनाल्ड और रफी बिस्ट्रिट्ज़र द्वारा की गई भविष्यवाणियों की पुष्टि की कि दो ग्राफीन शीट्स के बीच सुरंग बनाने के लिए एक मुक्त इलेक्ट्रॉन को जितनी ऊर्जा की आवश्यकता होगी, वह इस कोण पर मौलिक रूप से बदल जाएगी। ग्राफीन बाइलेयर को ग्राफीन के एक्सफोलिएटेड मोनोलेयर से तैयार किया गया था, जिसमें दूसरी परत को पहली परत के संबंध में एक निर्धारित कोण पर हाथ से घुमाया गया था। मूल पेपर में ऐसे नमूनों के साथ एक महत्वपूर्ण तापमान देखा गया था (नए पेपरों में थोड़ा अधिक तापमान बताया गया था)। जारिलो-हेरेरो ने सुझाव दिया है कि यह संभव हो सकता है। "ग्राफीन से एक सुपरकंडक्टिंग ट्रांजिस्टर बनाने की कल्पना करें, जिसे आप सुपरकंडक्टिंग से इंसुलेटिंग तक चालू और बंद कर सकते हैं। यह क्वांटम उपकरणों के लिए कई संभावनाएं खोलता है। "इस तरह के जाली के अध्ययन को" ट्विस्ट्रोनिक्स "कहा गया है और यह ग्राफीन के स्तरित संयोजनों के पहले के सैद्धांतिक उपचारों से प्रेरित था। फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर बिलेयर ग्राफीन का उपयोग फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर या टनलिंग फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर के निर्माण के लिए किया जा सकता है, जो छोटे ऊर्जा अंतराल का फायदा उठाता है। हालांकि, ऊर्जा अंतर 250 एमईवी से कम है और इसलिए कम परिचालन वोल्टेज (<250 एमवी) के उपयोग की आवश्यकता होती है, जो एक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर के लिए उचित प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए बहुत छोटा है, लेकिन सुरंग क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर के संचालन के लिए बहुत उपयुक्त है, जो 2009 में एक पेपर के सिद्धांत के अनुसार केवल 100 एमवी के परिचालन वोल्टेज के साथ काम कर सकता है। 2016 में शोधकर्ताओं ने सुरंग ट्रांजिस्टर (टी. टी.) के उत्पादन वोल्टेज को बढ़ाने के लिए द्विस्तरीय ग्राफीन के उपयोग का प्रस्ताव रखा। वे सिलिकॉन ट्रांजिस्टर (500 एम. वी.) की तुलना में कम प्रचालन वोल्टेज सीमा (150 एम. वी.) पर काम करते हैं। बिलेयर ग्राफीन का ऊर्जा बैंड अधिकांश अर्धचालकों के विपरीत है जिसमें किनारों के चारों ओर इलेक्ट्रॉन एक (उच्च घनत्व) वैन होव विलक्षणता बनाते हैं। यह ऊर्जा बाधा के पार वर्तमान प्रवाह को बढ़ाने के लिए पर्याप्त इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति करता है। बिलेयर ग्राफीन ट्रांजिस्टर "रासायनिक" डोपिंग के बजाय "विद्युत" का उपयोग करते हैं। अल्ट्राफास्ट लिथियम प्रसार 2017 में शोधकर्ताओं के एक अंतर्राष्ट्रीय समूह ने दिखाया कि द्विस्तरीय ग्राफीन एक एकल-चरण मिश्रित संवाहक के रूप में कार्य कर सकता है जो परिमाण के क्रम से ग्रेफाइट की तुलना में तेजी से ली प्रसार का प्रदर्शन करता है। ग्राफीन शीट के तेज इलेक्ट्रॉनिक चालन के संयोजन में, यह प्रणाली एक ही चरण ठोस सामग्री के भीतर आयनिक और इलेक्ट्रॉनिक चालकता दोनों प्रदान करती है। लिथियम आयन बैटरियों जैसे ऊर्जा भंडारण उपकरणों के लिए इसका महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। न्यूयॉर्क शहर विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि सिलिकॉन कार्बाइड पर द्विस्तरीय ग्राफीन की चादरें परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी की नोक से टकराने पर अस्थायी रूप से हीरे की तुलना में कठिन हो जाती हैं। इसका श्रेय एक ग्रेफाइट-हीरा संक्रमण को दिया गया था, और यह व्यवहार द्विस्तरीय ग्राफीन के लिए अद्वितीय प्रतीत हुआ। व्यक्तिगत कवच में इसका उपयोग हो सकता है। झरझरा नैनोफ्लेक्स संकरण प्रक्रियाएँ ग्राफीन के आंतरिक गुणों को बदल देती हैं और/या खराब इंटरफेस को प्रेरित करती हैं। 2014 में आसान, टेम्पलेटेड, उत्प्रेरक विकास के माध्यम से अनस्टैक्ड ग्राफीन प्राप्त करने के लिए एक सामान्य मार्ग की घोषणा की गई थी। परिणामी सामग्री का एक विशिष्ट सतह क्षेत्र 1628 वर्ग मीटर ग्राम-1 है, जो विद्युत प्रवाहकीय है और इसकी एक मेसोपोरस संरचना है। सामग्री एक मेसोपोरस नैनोफ्लेक टेम्पलेट के साथ बनाई गई है। ग्राफीन परतें टेम्पलेट पर जमा की जाती हैं। कार्बन परमाणु मेसोपोर्स में जमा होते हैं, जिससे प्रोट्यूबरेंस बनते हैं जो स्टैकिंग को रोकने के लिए स्पेसर के रूप में कार्य करते हैं। प्रजनन घनत्व लगभग है। गुच्छे के दोनों तरफ ग्राफीन जमा होता है। सी. वी. डी. संश्लेषण के दौरान प्रोतुबेरेंस नैनोफ्लेक्स को हटाने के बाद आंतरिक रूप से अनस्टैक्ड डबल-लेयर ग्राफीन का उत्पादन करते हैं। सतह पर इस तरह के प्रोट्यूबरेंस की उपस्थिति ग्राफीन परतों के बीच π-π अंतःक्रिया को कमजोर कर सकती है और इस प्रकार ढेर को कम कर सकती है। द्विस्तरीय ग्राफीन एक विशिष्ट सतह क्षेत्र दिखाता है, एक छिद्र आकार 2 से 7 एनएम तक और कुल छिद्र आयतन। लिथियम सल्फर बैटरी के लिए कैथोड सामग्री के रूप में द्विस्तरीय ग्राफीन का उपयोग करने से क्रमशः 5 और 10 डिग्री सेल्सियस की निर्वहन दर पर 1034 और 734 एमएएच/जी की प्रतिवर्ती क्षमता प्राप्त हुई। 1000 चक्रों के बाद कुछ 530 और 380 एमएएच/जी की प्रतिवर्ती क्षमताओं को 5 और 10 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखा गया, जिसमें कुलम्बिक दक्षता स्थिरांक क्रमशः 96 और 98 प्रतिशत थे। 438 एस/सेमी की विद्युत चालकता प्राप्त की गई थी। सल्फर के प्रवेश के बाद भी, 107 एस सेमी/1 की विद्युत चालकता बनी रही। ग्राफीन की अनूठी झरझरा संरचना इंटरलेयर स्पेस में सल्फर के प्रभावी भंडारण की अनुमति देती है, जो सल्फर और ग्राफीन के बीच एक कुशल संबंध को जन्म देती है और इलेक्ट्रोलाइट में पॉलीसल्फाइड के प्रसार को रोकती है। अतिसंवेदनशील वैश्विक रमन इमेजिंग उत्पाद की गुणवत्ता को स्थानिक रूप से चिह्नित करने के लिए एक सटीक और तेज़ तकनीक है। एक प्रणाली के कंपन मोड इसे विशेषता देते हैं, जो स्टोइकिओमेट्री, संरचना, आकृति विज्ञान, तनाव और परतों की संख्या पर जानकारी प्रदान करते हैं। ग्राफीन के जी और डी शिखरों (लगभग 1580 और 1360 सेमी-1) की तीव्रता की निगरानी करने से नमूने की परतों की संख्या के बारे में प्रत्यक्ष जानकारी मिलती है। यह दिखाया गया है कि दो ग्राफीन परतें महत्वपूर्ण तनाव या डोपिंग बेमेल का सामना कर सकती हैं जो अंततः उनके एक्सफोलिएशन का कारण बनती हैं। द्विस्तरीय ग्राफीन के संरचनात्मक मापदंडों का मात्रात्मक निर्धारण-- जैसे कि सतह की खुरदरापन, अंतर और अंतःस्तर अंतराल, स्टैकिंग क्रम और अंतःस्तर मोड़---3डी इलेक्ट्रॉन विवर्तन संदर्भों का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।