Tegenwoordig is grafeen de rockster van de materiaalwetenschap, maar hij heeft een achilleshiel:hij is buitengewoon gevoelig voor zijn elektrische omgeving.

Deze enkele atoom dikke honingraat van koolstofatomen is lichter dan aluminium, sterker dan staal en geleidt warmte en elektriciteit beter dan koper. Als resultaat, wetenschappers over de hele wereld proberen er betere computerschermen van te maken, zonnepanelen, aanraakschermen, geïntegreerde schakelingen en biomedische sensoren, onder andere mogelijke toepassingen. Echter, het is buitengewoon moeilijk gebleken om op betrouwbare wijze op grafeen gebaseerde apparaten te maken die hun elektrische potentieel waarmaken bij gebruik bij kamertemperatuur en druk.

Nutsvoorzieningen, schrijven in het 13 maart nummer van het tijdschrift Natuurcommunicatie , een team van natuurkundigen van Vanderbilt meldt dat ze de bron van de interferentie die de snelle stroom van elektronen door op grafeen gebaseerde apparaten remt, hebben opgespoord en een manier hebben gevonden om deze te onderdrukken. Hierdoor konden ze recordniveaus van elektronenmobiliteit bij kamertemperatuur bereiken - de maat voor de snelheid waarmee elektronen door een materiaal reizen - drie keer groter dan die gerapporteerd in eerdere op grafeen gebaseerde apparaten.

Volgens de deskundigen grafeen heeft mogelijk de hoogste elektronenmobiliteit van alle bekende materialen. In praktijk, echter, de gemeten mobiliteitsniveaus, hoewel aanzienlijk hoger dan in andere materialen zoals silicium, aanzienlijk onder zijn potentieel zijn gebleven.

"Het probleem is dat, als je grafeen maakt, je krijgt niet alleen grafeen. Je krijgt ook een heleboel andere dingen, " zei Kirill Bolotin, assistent-professor natuurkunde, die het onderzoek samen met onderzoeksmedewerker A.K.M. Nieuwaz. "Grafeen is buitengewoon gevoelig voor invloeden van buitenaf, dus de elektrische velden die worden gecreëerd door geladen onzuiverheden op het oppervlak verstrooien de elektronen die door de grafeenplaten reizen, waardoor op grafeen gebaseerde transistors langzamer werken en meer opwarmen."

Een aantal onderzoekers had voorgesteld dat de geladen onzuiverheden die alomtegenwoordig zijn op het oppervlak van grafeen de belangrijkste boosdoeners waren, maar helemaal zeker was het niet. Ook, verschillende andere theorieën waren naar voren gebracht om het fenomeen te verklaren.

"Onze studie toont zonder twijfel aan dat de geladen onzin het probleem is en, als je betere grafeenapparaten wilt maken, het is de vijand die je moet bevechten, ' zei Bolotin.

Tegelijkertijd, het experiment vond geen bewijs ter ondersteuning van een van de alternatieve theorieën, dat rimpelingen in de grafeenplaten een belangrijke bron van elektronenverstrooiing waren

Om grip te krijgen op het mobiliteitsprobleem, Het team van Bolotin hing vellen grafeen in een reeks verschillende vloeistoffen en mat de elektrische transporteigenschappen van het materiaal. Ze ontdekten dat de elektronenmobiliteit van grafeen dramatisch toeneemt wanneer grafeen wordt ondergedompeld in elektrisch neutrale vloeistoffen die grote hoeveelheden elektrische energie kunnen absorberen (met grote diëlektrische constanten). Ze bereikten de recordmobiliteit van 60, 000 met anisool, een kleurloze vloeistof met een aangename, aromatische geur die voornamelijk in de parfumerie wordt gebruikt.

"Deze vloeistoffen onderdrukken de elektrische velden van de onzuiverheden, waardoor de elektronen kunnen stromen met minder obstakels, ' zei Bolotin.

Nu de bron van de achteruitgang van de elektrische prestaties van grafeen duidelijk is geïdentificeerd, het moet mogelijk zijn om betrouwbare apparaatontwerpen te bedenken, zei Bolotin.

Volgens de fysicus er is ook een potentieel voordeel aan de buitengewone gevoeligheid van grafeen voor zijn omgeving die kan worden uitgebuit. Het zou uiterst gevoelige sensoren van verschillende typen moeten maken en, omdat het volledig van koolstof is gemaakt, het is biocompatibel en zou dus ideaal moeten zijn voor biologische sensoren.