Spelen met de thermostaat in twee dimensies: koelen en opwarmen van ..


Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Ans Hekkenberg
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2016/artikel.pag?objectnumber=335859
printerversie
19 mei 2016

Spelen met de thermostaat in twee dimensies: koelen en opwarmen van grafeen

Onderzoekers van Rijksuniversiteit Groningen en de University of Manchester hebben het Peltiereffect rechtsreeks waargenomen in grafeen. Ze lieten zien dat het effect omgeschakeld kan worden van opwarmen naar afkoelen door het soort en de dichtheid van de ladingdragers binnenin het materiaal
te varieren. Hun werk is vorige week gepubliceerd in Nature Communications.
Grafeen
vergroten Grafeen
Thermo-elektronica is het vakgebied dat situaties bestudeert waarin een temperatuurverschil een elektrisch potentieel opwekt, of omgekeerd, waarin een elektrisch potentieel een temperatuurverandering veroorzaakt. Een voorbeeld hiervan is het Peltiereffect. Dit is een temperatuurverschil dat
ontstaat wanneer spanning wordt gezet op twee elektroden die verbonden zijn met een halfgeleidermateriaal. Door het Peltiereffect kan opwarmen en koelen elektronisch geregeld worden.

Onderzoekers van Rijksuniversiteit Groningen en de University of Manchester hebben nu voor het eerst het Peltiereffect rechtstreeks waargenomen in grafeen van een of twee atomen dik. Ze hebben onweerlegbaar aangetoond dat het effect omgeschakeld kan worden van opwarmen naar koelen door het
soort en de dichtheid van de ladingdragers binnenin het materiaal te varieren.

Twee dimensies
Ze hebben voor grafeen gekozen wegens de tweedimensionale aard van het materiaal: grafeen is een 'kippengaas' van koolstofatomen dat in het algemeen maar een atoom dik is. Daarmee is het de beste kandidaat om een volledig regelbaar Peltiereffect aan te tonen. Elektrische contacten op het
grafeen maakten het elektronisch schakelen van opwarmen en koelen via het Peltiereffect mogelijk. Voor de waarneming van dit opwarmen en koelen hebben de onderzoekers gevoelige thermometers op nanoschaal gemaakt die de temperatuur van elektronen in het grafeen rechtstreeks kunnen meten. Deze
praktische benadering is de eerste van haar soort die is toegepast in een tweedimensionaal materiaal en de gevoeligheid is duizend maal beter dan die van haar voorgangers: tot 0,1 milliKelvin.

Duurzame elektronica
Thermo-elektronica kunnen een rol spelen in het beheersen van warmte en in het genereren van elektrische energie uit afvalwarmte. De groep zeer dunne materialen die aan het ontstaan is met een dikte van een atoom, zoals grafeen, biedt opwindende mogelijkheden, omdat het relatief makkelijk is
de thermo-elektrische eigenschappen van deze materialen te regelen. De wetenschappelijke belangstelling voor de wisselwerking tussen lading en warmte in tweedimensionale materialen biedt mogelijkheden voor nieuw fundamenteel onderzoek en draagt bij aan het ontwikkelen van duurzamere
elektronica.

Referentie
Direct electronic measurement of Peltier cooling and heating in graphene, Nature Communications, 7, 11525 (2016).

Contactinformatie
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Ivan Vera Marun, Zernike Institute for Advanced Materials.