(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology hebben aangetoond dat de elektronische eigenschappen van twee lagen grafeen variëren op nanometerschaal. De verrassende nieuwe resultaten laten zien dat niet alleen het verschil in sterkte van de elektrische ladingen tussen de twee lagen over de lagen heen varieert, maar ze keren ook in feite om in teken om willekeurig verdeelde plassen van afwisselende positieve en negatieve ladingen te creëren. Gemeld in Natuurfysica , de nieuwe metingen brengen grafeen een stap dichter bij gebruik in praktische elektronische apparaten.

grafeen, een enkele laag koolstofatomen, wordt gewaardeerd om zijn opmerkelijke eigenschappen, niet de minste daarvan is de manier waarop het elektronen met hoge snelheid geleidt. Echter, het ontbreken van wat natuurkundigen een band gap noemen - een energetische drempel die het mogelijk maakt om een ​​transistor aan en uit te zetten - maakt grafeen ongeschikt voor digitale elektronische toepassingen.

Onderzoekers weten dat dubbellaags grafeen, bestaande uit twee gestapelde grafeenlagen, werkt meer als een halfgeleider wanneer deze wordt ondergedompeld in een elektrisch veld.

Volgens NIST-onderzoeker Nikolai Zhitenev, de bandgap kan zich ook vanzelf vormen als gevolg van variaties in de elektrische potentiaal van de platen veroorzaakt door interacties tussen de grafeenelektronen of met het substraat (meestal een niet-geleidende, of isolatiemateriaal) waarop het grafeen is geplaatst.

NIST-collega Joseph Stroscio zegt dat hun metingen aangeven dat interacties met het ongeordende isolerende substraatmateriaal pools van elektronen en elektronengaten veroorzaken (in feite de afwezigheid van elektronen) om zich in de grafeenlagen te vormen. Zowel elektronen als gaten "pools" zijn dieper op de onderste laag omdat het dichter bij het substraat is. Dit verschil in "pool" diepten, of ladingsdichtheid, tussen de lagen ontstaat het willekeurige patroon van afwisselende ladingen en de ruimtelijk variërende bandafstand.

Het manipuleren van de zuiverheid van het substraat zou onderzoekers een manier kunnen bieden om de band gap van grafeen nauwkeurig te beheersen en kan uiteindelijk leiden tot de fabricage van op grafeen gebaseerde transistors die kunnen worden in- en uitgeschakeld als een halfgeleider.

Nog altijd, zoals blijkt uit het vorige werk van de groep, terwijl deze substraatinteracties de deur openen naar het gebruik van grafeen als praktisch elektronisch materiaal, ze verlagen het venster op snelheid. Elektronen bewegen niet zo goed door op een substraat gemonteerd dubbellaags grafeen; echter, dit kan waarschijnlijk worden gecompenseerd door de interacties tussen grafeen en substraat te construeren.

Het team van Stroscio is van plan om de rol die substraten kunnen spelen bij het creëren en beheersen van bandhiaten in grafeen verder te onderzoeken door verschillende substraatmaterialen te gebruiken. Als de substraatinteracties ver genoeg kunnen worden verminderd, zegt Stroscio, de exotische kwantumeigenschappen van dubbellaags grafeen kunnen worden benut om een ​​nieuwe kwantumveldeffecttransistor te creëren.