(PhysOrg.com) -- In de aankondiging van vorige week van de Nobelprijs voor de natuurkunde, de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen prees de "uitzonderlijke eigenschappen van grafeen die afkomstig zijn uit de opmerkelijke wereld van de kwantumfysica." Als het nog niet warm genoeg was, deze atomair dunne plaat koolstof staat nu officieel in de wereldwijde schijnwerpers.

De belofte van grafeen ligt in de eenvoud van zijn structuur:een 'kippengaas'-rooster van koolstofatomen van slechts één laag dik. Dit blad beperkt elektronen in één dimensie, hen dwingen om over een vliegtuig te racen. Een dergelijke kwantumopsluiting resulteert in stellaire elektronische, mechanische en optische eigenschappen die veel verder gaan dan wat silicium en andere traditionele halfgeleidermaterialen bieden. Wat meer is, als de elektronen van grafeen in twee dimensies beperkt waren, als in een nanolint, het zou logische schakelapparatuur enorm ten goede kunnen komen - de basis voor rekeneenheden in de computerchips van vandaag.

Nutsvoorzieningen, Berkeley Labs materiaalwetenschapper Yuegang Zhang en collega's van de Universiteit van Californië, Los Angeles gaat op weg naar efficiëntere apparaten door de 'ruis' in dergelijke grafeen-nanoribbons te bestuderen - eendimensionale stroken grafeen met breedtes op nanometerschaal.

"Atomair dunne grafeen-nanoribbons hebben ons een uitstekend platform geboden om de sterke correlatie tussen geleidingsfluctuatie en de gekwantiseerde elektronische structuren van quasi-eendimensionale systemen te onthullen, " zegt Zhang, een stafwetenschapper in de Inorganic Nanostructures Facility bij de Molecular Foundry. "Deze methode zou veel breder moeten worden gebruikt om kwantumtransportfenomenen in andere nano-elektronische of moleculaire apparaten te begrijpen."

Zhang en collega's rapporteerden eerder manieren om films van grafeen te fabriceren (www.physorg.com/news189954890.html) en het onthullen van laagfrequente signaal-ruisverhoudingen voor grafeenapparaten op een silicasubstraat (www.physorg.com/news200314797.html ).

In de huidige studie, het team maakte grafeen nanoribbons met behulp van een op nanodraadmasker gebaseerde fabricagetechniek. Door de geleidingsfluctuatie te meten, of ‘ruis’ van elektronen in grafeen nanoribbons, de onderzoekers onderzochten direct het effect van kwantumopsluiting in deze structuren. Hun bevindingen brengen de elektronische bandstructuur van deze grafeen-nanoribbons in kaart met behulp van een robuuste elektrische meetmethode. Deze methode kan verder worden toegepast op een breed scala aan materialen op nanoschaal, inclusief op grafeen gebaseerde elektronische apparaten.

"Het verbaast ons om zo'n duidelijke correlatie te zien tussen de ruis en de bandstructuur van deze grafeen-nanomaterialen, ” zegt hoofdauteur Guangyu Xu, een natuurkundige aan de Universiteit van Californië, Los Angeles. "Dit werk voegt sterke ondersteuning toe aan de quasi-eendimensionale subbandvorming in grafeen-nanoribbons, waarin onze methode veel robuuster blijkt te zijn dan conductantiemeting.”

Een paper waarin dit onderzoek wordt gerapporteerd met de titel, "Verbeterde geleidingsfluctuatie door kwantumopsluitingseffect in grafeen-nanoribbons, ” verschijnt in Nano-letters en is online beschikbaar voor abonnees. Co-auteur van het artikel met Zhang en Xu waren Carlos Torres, jr., Emiel Lied, Jianshi Tang, Jingwei Bai, Xiangfeng Duan en Kang L. Wang.

Delen van dit werk bij de Molecular Foundry werden ondersteund door DOE's Office of Science.