Wetenschappers van de Georgia State University en het Georgia Institute of Technology hebben een nieuwe manier gevonden om bepaalde eigenschappen van elektronen in grafeen te onderzoeken - een zeer dun materiaal dat de sleutel kan zijn tot nieuwe technologieën op het gebied van informatica en andere gebieden.

Ramesh Mani, universitair hoofddocent natuurkunde aan de GSU, in samenwerking met Walter de Heer, Regents' hoogleraar natuurkunde aan Georgia Tech, de spin-eigenschappen van de elektronen in grafeen gemeten, een materiaal gemaakt van koolstofatomen dat slechts één atoom dik is.

Het onderzoek is deze week gepubliceerd in het online-only tijdschrift Natuurcommunicatie .

elektronen, die banen rond de kern volgen in atomen, hebben twee belangrijke kenmerken – lading en spin.

De elektrische lading is de basis van de meeste elektronische apparaten, maar spin - die Mani en collega's onderzochten met behulp van een nieuwe techniek - vormt de basis van nieuwe "spintronische" apparaten, en kan dienen als bouwsteen voor nieuwe computers in een veld dat quantum computing wordt genoemd, evenals andere technologieën.

Grafeen wordt beschouwd als een belangrijk materiaal voor spintronische apparaten, maar het is zo nieuw dat wetenschappers er veel onderzoek naar moeten doen om de mogelijkheden ervan te begrijpen. De studie van GSU en Georgia Tech stuwt dit onderzoek voort.

"We hebben geprobeerd de elektrische weerstand te gebruiken om spinresonantie te detecteren. Als je microgolven op het apparaat laat schijnen, en de microgolfenergie is gelijk aan de spinsplitsende energie, ' legde Mani uit.

"Het apparaat absorbeert de microgolfenergie, en dat verandert de weerstand van het apparaat. Maar dit is meestal zo'n klein effect dat je het nauwelijks verwacht te zien. Gelukkig, dit materiaal liet ons het effect zien. Het elektrisch meten van spinresonantie is vooral nuttig voor apparaten op nanoschaal."

"Door zo'n meting te doen, we kunnen eigenschappen meten zoals de spin-splitsingsenergie, en de spin-relaxatietijd direct, " vervolgde hij. "Er zijn andere metingen geweest, maar die zijn een beetje meer indirect geweest."

Met de vooruitgang in het meten van de eigenschappen van de spin van een elektron in grafeen, het zal wetenschappers in staat stellen verdere studies van dit nieuwe materiaal uit te voeren - waardoor onderzoekers manieren krijgen om grafeen te optimaliseren voor spintronische toepassingen.

Mani merkte op dat de experimenten die werden uitgevoerd bij GSU, waren zeer arbeidsintensief. Het eenvoudig maken van grafeen - wat het laboratorium van de Heer heeft gedaan - is erg tijdrovend en vereist een enorme ervaring.

Metingen maken gebruik van zeer geavanceerde apparatuur, waarbij de onderzoekers monsters moesten onderdompelen in vloeibaar helium bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt - ongeveer 460 graden Fahrenheit onder nul.

Atlanta is een centrum voor grafeenonderzoek geworden, zei Mani.

"De samenvloeiing van beschikbare experimentele mogelijkheden in Atlanta, een broeinest voor grafeenwetenschap en -technologie, maakte deze belangrijke vooruitgang in de wereld van de spintronicafysica mogelijk, " hij legde uit.