(PhysOrg.com) -- Een van de meest genoemde kenmerken van grafeen - het tweedimensionale kristalrooster gemaakt van koolstof - zijn de unieke elektronische eigenschappen. Veel van deze elektronische eigenschappen maken grafeen aantrekkelijk als materiaal voor op koolstof gebaseerde elektronica. Maar ook een van deze eigenschappen is dat grafeen een gapless halfgeleider is. Zoals natuurkundige Luis Foa Torres uitlegt:het feit dat grafeen geen band gap heeft, is zijn achilleshiel, waardoor het moeilijk te integreren is in elektronische apparaten.

“Bij halfgeleiders, er is een energiegebied dat de band gap wordt genoemd en waar geen elektronische toestanden beschikbaar zijn, Foa Torres, aan de Nationale Universiteit van Córdoba in Córdoba, Argentinië, vertelde PhysOrg.com . “Men zegt dat de dragerdichtheid daar nul is. Als u uw apparaat tussen twee elektroden hebt aangesloten en er geen statussen beschikbaar zijn, dan kan de elektrische stroom erdoorheen heel klein gemaakt worden. Een nul-gap halfgeleider, ook wel een gapless halfgeleider genoemd, is een materiaal waarbij de dichtheid van elektronische toestanden op een enkel punt verdwijnt. Dit is het geval voor grafeen, waar de pi- en pi*-banden elkaar op één punt raken, het zogenaamde Dirac-punt. In praktijk, ze gedragen zich alsof ze helemaal geen gat hebben.

“Het ontbreken van een band gap betekent dat grafeen niet kan worden ‘uitgeschakeld, ’, legde hij uit. "Het hebben van 'aan' en 'uit' stromen kan informatie coderen zoals de enen en nullen die nodig zijn voor computergebruik en is cruciaal voor actieve elektronische apparaten zoals schakelaars en transistors. Dit is de reden waarom het ontbreken van een bandgap een van de belangrijkste nadelen is die veel toepassingen van dit uitstekende materiaal belemmert.”

In een nieuwe studie, Foa Torres en zijn co-auteurs hebben dit probleem aangepakt. Door te analyseren hoe een laserveld interageert met elektronen in grafeen, de onderzoekers hebben voorspeld dat het schijnen van een mid-infrarode laser op grafeen bandgaten in zijn elektronische structuur kan veroorzaken. Verder, de onderzoekers voorspellen dat de bandhiaten kunnen worden afgestemd door de laserpolarisatie te regelen. Zoals Foa Torres uitlegde, de sleutel tot hoe gepolariseerd licht bandgaten in grafeen "opent" is dat elektronen interageren met het laserveld.

“Stel je een elektron voor dat beweegt, zeg van links naar rechts, in een gebied verlicht door het laserveld, ' zei hij. “Wat er dan gebeurt, is dat het elektron een interactie aangaat met de straling door fotonen te absorberen of uit te zenden. Deze interactie leidt ertoe dat het elektron wordt gereflecteerd of terugverstrooid, alsof het een muur zou hebben geraakt:de band gap. In tegenstelling tot de gebruikelijke bandgaps, deze wordt dynamisch geproduceerd door de laser.”

Door aan te tonen dat een laserveld kan worden gebruikt om de elektronische structuur van grafeen af ​​te stemmen, de studie heeft zowel fundamentele implicaties als technologische toepassingen.

"Het samenspel tussen de eigenaardige elektronische structuur van grafeen en de laser kan helpen om exotische toestanden van materie te induceren, zoals topologische isolatoren, materialen die in de bulk isolatoren zijn, maar aan het oppervlak robuuste geleiding vertonen, ' zei Foa Torres. “Aan de andere kant, vanuit een toegepast oogpunt, Ik ben van mening dat deze door laser veroorzaakte bandhiaten een weg zouden kunnen openen voor een nieuw soort opto-elektronische apparaten, apparaten die optische signalen omzetten in elektrische signalen.”

Voor Foa Torres en zijn coauteurs, de volgende cruciale stap is experimentele verificatie.

“Experimentele verificatie van onze bevindingen is een van de belangrijkste drijfveren van ons project, ' zei hij. “Met het doel de weg vrij te maken voor experimentatoren om ze te kunnen verifiëren, we hebben een zeer fijne afstemming uitgevoerd van parameters zoals laserfrequentie, amplitude, enz. De afgelopen maanden hebben we zeer waardevolle feedback ontvangen van experimentele groepen op het hoogste niveau in de VS en Spanje die geïnteresseerd zijn in ons voorstel. Zoals gewoonlijk, er zijn zeker nog enkele problemen die moeten worden opgelost voordat het realiteit wordt, maar men moet stap voor stap gaan. De deur staat nu open, we gaan net een veelbelovende terra incognita in.”

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.