Onderzoekers van het London Centre for Nanotechnology (LCN) hebben elektronische strepen ontdekt, zogenaamde 'ladingsdichtheidsgolven', op het oppervlak van de grafeenplaten die een grafitische supergeleider vormen. Dit is de eerste keer dat deze strepen te zien zijn op grafeen, en de bevinding zal waarschijnlijk ingrijpende gevolgen hebben voor de exploitatie van dit recent ontdekte materiaal, die volgens wetenschappers een sleutelrol zullen spelen in de toekomst van nanotechnologie. De vondst wordt gerapporteerd in Natuurcommunicatie , 29 november.

Grafeen is een materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen van slechts één atoom dik, en wordt gevonden in de markeringen gemaakt door een grafietpotlood. Grafeen heeft opmerkelijke fysische eigenschappen en heeft daarom een ​​groot technologisch potentieel, bijvoorbeeld, in transparante elektroden voor flatscreen-tv's, in snelle energiezuinige transistors, en in ultrasterke composietmaterialen. Wetenschappers doen nu enorme inspanningen om de eigenschappen van dit materiaal te begrijpen en te beheersen.

Het LCN-team schonk extra elektronen aan een grafeenoppervlak door er calciummetaalatomen onder te schuiven. Je zou normaal gesproken verwachten dat deze extra elektronen zich gelijkmatig over het grafeenoppervlak verspreiden, net zoals olie zich op water verspreidt. Maar door een instrument te gebruiken dat bekend staat als een scanning tunneling microscoop, die individuele atomen kan afbeelden, de onderzoekers hebben ontdekt dat de extra elektronen zich spontaan rangschikken in strepen op nanometerschaal. Dit onverwachte gedrag toont aan dat de elektronen een eigen leven kunnen leiden dat niet direct verbonden is met de onderliggende atomen. De resultaten inspireren veel nieuwe richtingen voor zowel wetenschap als technologie. Bijvoorbeeld, ze suggereren een nieuwe methode voor het manipuleren en coderen van informatie, waarbij binaire nullen en enen overeenkomen met strepen die respectievelijk van noord naar zuid en van oost naar west lopen.

Dit werk maakt deel uit van een lopende multidisciplinaire onderzoeksinspanning naar grafeen bij het LCN en volgt op de oorspronkelijke ontdekking van supergeleiding in de grafietsupergeleider CaC6 door Weller et al. gepubliceerd in Natuurfysica, doi:10.1038/nphys0010.

Professor Jan Zaanen van de Universiteit Leiden en winnaar van de prestigieuze Spinozapremie voor, onder andere, zijn rol als voorstander van het streepconcept voor atomair dunne materialen, merkte op:"Deze ontdekking is weer een belangrijke stap in de richting van het aantonen van de alomtegenwoordigheid van strepen, en het feit dat ze voorkomen in 's werelds eenvoudigste gastheer - het tweedimensionale netwerk van koolstofatomen dat grafeen is - betekent dat meer geweldige wetenschap en toepassingen niet ver achterblijven."