Grafeen - een enkele laag koolstofatomen verpakt in een hexagonaal rooster - heeft een aantal aantrekkelijke eigenschappen vanwege de tweedimensionale geometrie. Het heeft, voor een ding, goede elektrische geleidbaarheid die van belang is voor elektronische toepassingen met hoge snelheid. Seng Ghee Tan van het A*STAR Data Storage Institute en medewerkers van de National University of Singapore hebben nu aangetoond dat grafeen aanvullende toepassingen heeft in magnetische dataopslag. Ze hebben een methode ontwikkeld om magnetische velden te meten door veranderingen in de elektrische weerstand van grafeen te detecteren. "De bevindingen kunnen nieuwe wegen openen in de ontwikkeling van geminiaturiseerde magnetische veldsensoren, ' zegt Tan.

Elektronen verplaatsen zich in grafeen bijna zonder enige hinder van de atomen van de tweedimensionale koolstofplaat. Deze goede transporteigenschap is van belang voor de ontwikkeling van magneetveldsensoren omdat de verandering in ladingstransport in aanwezigheid van een magnetisch veld kan leiden tot een meetbare verandering in elektrische weerstand. Helaas, in eerdere apparaten hebben thermische excitaties van de elektronen bij kamertemperatuur dit magnetoweerstandseffect gedomineerd en tot dusverre het gebruik van grafeen voor dit doel belemmerd.

Om dit probleem aan te pakken, Tan en collega's gebruikten een transistorapparaat gemaakt van grafeen nanoribbons (zie afbeelding). In tegenstelling tot conventionele grafeenplaten, de geometrische beperking van de nanoribbons leidt tot een hiaat in de elektronische toestanden (bandgap) van de linten, waardoor ze halfgeleidend zijn, vergelijkbaar met silicium.

De nanoribbon-transistor wijzigt de bandgap op een manier die de stroom van elektrische ladingen door het apparaat verhindert (hoge weerstand). Een magnetisch veld, echter, zorgt ervoor dat de bandgap van de nanoribbons sluit, zodat elektrische ladingen nu vrij door het apparaat kunnen reizen (lage weerstand). Algemeen, de onderzoekers konden de elektrische weerstand met meer dan een factor duizend veranderen door het magnetische veld te variëren van nul tot vijf tesla's. In aanvulling, de elektronische bandgap in de uit-toestand was voldoende groot zodat de thermische excitaties van de elektronen minimaal waren.

“We konden het geluid aanzienlijk onderdrukken door de energiebarrière van het apparaat, ' zegt Tan. “Als resultaat, we hebben een betere kans om zelfs bij kamertemperatuur een signaal met hoge magnetoweerstand te leveren.”

Voor commerciële toepassingen, echter, verder onderzoek kan nodig zijn, aangezien de fabricage van de apparaten een uitdaging blijft. De breedte van de grafeen nanoribbons is slechts 5 nanometer, die kleiner is dan de kenmerkende grootte van de huidige commerciële transistorstructuren. Hoe dan ook, de indrukwekkende apparaatprestaties die in het laboratorium zijn bereikt, tonen duidelijk het potentieel van grafeen aan, ook voor magnetische toepassingen.