Onderzoek door Victoria University Professor Uli Zuelicke draagt ​​bij aan de wereldwijde race om het potentieel van grafeen te ontsluiten, een nieuw materiaal uit grafiet waarvan wetenschappers zeggen dat het een game changer kan zijn voor nieuwe elektronische toepassingen.

Grafeen is een vel koolstofatomen die zijn gerangschikt in een strak gebonden hexagonaal rooster. Kleine fragmenten ervan worden geproduceerd wanneer grafiet wordt weggesleten, zoals bij het tekenen van een lijn met een potlood, en het heeft bijna wonderbaarlijke eigenschappen.

De atoomdikke laag grafeen is het sterkste materiaal dat ooit is gemeten, evenals het dunste (drie miljoen vellen grafeen op elkaar zouden slechts 1 mm dik zijn) en het stijfste. Het is een uitzonderlijke geleider van warmte en elektriciteit en absorbeert slechts ongeveer 2,3 procent van het licht dat er doorheen gaat, transparant maken.

Wetenschappers toonden voor het eerst aan dat enkele lagen grafeen in 2004 konden worden geïsoleerd en de ontdekkers kregen in 2010 de Nobelprijs voor de natuurkunde.

Het materiaal is aangeprezen als een mogelijke vervanging voor silicium en een route naar een groot aantal snellere, goedkopere toestellen waaronder de touchscreens van de toekomst. Een belangrijk voordeel van het maken van touchscreens van grafeen is dat het niet langer nodig is om indium te gebruiken, een zeldzaam metaal dat schaars is.

"Grafeen kan worden gemaakt van koolstof, " zegt professor Zuelicke, "wat een van de meest alomtegenwoordige elementen op aarde is."

Maar, hij zegt, De unieke eigenschappen van grafeen zijn tot nu toe grotendeels op kleine schaal aangetoond en er moet nog veel meer bekend zijn voordat het op de markt kan worden gebracht.

Het onderzoeksgebied van professor Zuelicke is begrijpen hoe elektronen zich gedragen in vaste materialen zoals halfgeleiders. Hij onderzoekt momenteel manieren om de eigenschappen van elektronen in grafeen wiskundig te modelleren met als uiteindelijk doel uit te vinden hoe ze hun beweging kunnen voorspellen en beïnvloeden.

"Individuele elektronen, die mobiel zijn en de stroom door een halfgeleider voeren, hebben contra-intuïtieve eigenschappen waardoor ze door een matrix van atomen kunnen bewegen zonder er ooit tegenaan te botsen. Ze lijken vrij te zijn, ook al zijn ze vervat in dit strakke web van atomen.

"De prijs die ze betalen is dat hun massa door dit proces verandert. Binnen het bereik van verschillende soorten en combinaties van atomen, een groot aantal complexe, nieuwe structuren zijn mogelijk. Dat opent de deur naar een breed scala aan nieuwe materialen die elk als een nieuw universum zijn in termen van hoe de elektronen zich gedragen."

in grafeen, zegt professor Zuelicke, de verandering in de manier waarop elektronen zich gedragen is dramatisch en in tegenstelling tot wat is waargenomen in enig ander materiaal.

"Ze kunnen niet versnellen of vertragen of gemakkelijk van richting veranderen. ze hebben dezelfde eigenschappen als deeltjes (neutrino's) die met de lichtsnelheid bewegen, maar de constante snelheid van de elektronen in grafeen is slechts ongeveer 1/300ste van de lichtsnelheid. In principe, het gedrag van elektronen in grafeen realiseert een langzame versie van relativiteit."

Professor Zuelicke zegt dat deze eigenschappen wetenschappers in staat stellen om te observeren en meer te weten te komen over de relativiteitstheorie van Einstein in een nieuwe setting.

"Om ons begrip van relativiteit te testen, we moeten elektronen meestal versnellen om ze dichter bij de lichtsnelheid te brengen, maar de veel langzamere elektronen in grafeen gedragen zich al als hun snel bewegende neven in versnellers. Ze zijn een bijna ideale testbed voor interessante quasi-relativistische effecten."

Werken met medewerkers in de Verenigde Staten, Professor Zuelicke heeft bijna vier jaar door Marsden gefinancierd onderzoek afgerond en is van plan door te gaan met het theoretische werk en de praktische toepassingen van het onderzoek.

"Internationaal, er is enorme inspanning gericht op manieren om grafeen te maken en te begrijpen wat we ermee kunnen doen."

Hij zegt lagen grafeen op elkaar te stapelen of de grootte te variëren, samenstelling of lay-out van het vel materiaal kan een veelvoud aan nieuwe eigenschappen creëren.

"Ons onderzoek van vandaag is de basis om met een nieuw paradigma van elektronica te komen."