(PhysOrg.com) -- Transistors en apparaten voor informatieopslag worden steeds kleiner. Maar, om zo klein te worden als de nanoschaal, wetenschappers moeten begrijpen hoe slechts een paar atomen van metalen zich gedragen wanneer ze op een oppervlak worden afgezet.

Natuurkundigen van het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy bestuderen de interactie van materialen die veelbelovend zijn voor gebruik in elektronica op nanoschaal:grafeen en verschillende soorten metalen. Het team heeft ontdekt dat de zeldzame aardmetalen dysprosium en gadolinium sterk reageren met grafeen, terwijl lood dat niet doet.

Michael C.Tringides, een senior fysicus van het Ames Laboratory, en collega's Myron Hupalo, een wetenschapper van het Ames-laboratorium, en Steven Binz, een afgestudeerde student natuurkunde, een paar atomen lood of zeldzame aardmetalen afgezet op het oppervlak van grafeen, een één-atoom dikke laag koolstof. In een proces dat zelfassemblage wordt genoemd, de atomen bewegen uit zichzelf en vormen eilanden of gladde films op grafeen. Tringides en het team gebruikten vervolgens scanning tunneling microscopie om de geometrie van de eilanden te bestuderen.

“We wilden begrijpen hoe de atomen diffunderen, vooral hoe snel ’ zei Tringides. “In dit geval de loodatomen bewogen snel toen we ze afkoelden, terwijl het dysproium langzaam bewoog, zelfs nadat we ze hadden opgewarmd.”

Hoe snel of langzaam de atomen bewegen en eilanden vormen, biedt inzicht in hoe elk materiaal op elkaar inwerkt, of deelt elektronen, met het grafeen.

“Als de atomen snel bewegen, het betekent dat je geen sterke interactie hebt, ' zei hij. “Het is als hockeypucks die op een ijsbaan scheren. Er is weinig interactie.”

In het geval van dysprosium, de langzaam bewegende atomen suggereren dat het metaal sterk reageert met grafeen. Gadolinium heeft een nog sterkere interactie. De interactie is belangrijk omdat om het potentieel van grafeen in elektronica te benutten, metalen aan grafeen moeten worden bevestigd om elektriciteit te geleiden.

“De hoop is dat grafeen kan worden gebruikt voor supersnelle transistors, ’ zei Tringides. “Ons werk is hierbij relevant, want als je metaal op grafeen legt, je wilt heel goed contact hebben, dus de elektrische weerstand is laag.”

Tringides zegt ook dat de zeldzame-aarde-eilanden op grafeen kleine magneten zijn.

“Het bleek dat deze eilanden goede nanomagneten op grafeen waren, ’ zei Tringides. “Je hebt een zeer hoge dichtheid aan nanomagneten. IJzer heeft ook een vergelijkbare hoge eilanddichtheid. Dit kan in de toekomst nuttig zijn voor het gebruik van metalen op grafeen in computergeheugen.”

Ames Laboratorium theoretische fysici C.Z. Wang en Kai-Ming Ho werkten samen aan het onderzoek, met behulp van berekeningen om de experimentele resultaten over de bindingen tussen grafeen en de bestudeerde metalen te bevestigen.

"Deze bevindingen zijn interessant voor zowel de fundamentele fysica als vanwege het potentiële nut, ’ zei Tringides. “Als je ‘nano’ zegt, ’ je kunt veel van iets maken in een klein formaat. En dat kan heel gunstig zijn voor zoiets als magnetisch computergeheugen.”

DOE's Office of Science financierde het onderzoek, die is gerapporteerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen .