(Phys.org) - Een samenwerking onder leiding van onderzoekers van het NIST Center for Nanoscale Science and Technology heeft voor het eerst aangetoond dat ladingsdragers in grafeen zich blijven gedragen als massaloze deeltjes. zoals fotonen, over grotere bereiken van zowel dichtheid als energie dan eerder gemeten of gemodelleerd.

grafeen, een enkele laag koolstofatomen, is een materiaal van groot wetenschappelijk en technologisch belang, deels omdat het elektronen met hoge snelheid geleidt. Echter, om ervoor te zorgen dat grafeen zijn belofte kan waarmaken als onderdeel van toekomstige elektronische apparaten, het is belangrijk om op een fundamenteel niveau te begrijpen hoe ladingsdragers in het materiaal met elkaar omgaan. De onderzoekers gebruikten scanning tunneling spectroscopie metingen van de magnetische kwantumenergieniveaus van de grafeen ladingsdragers om de veranderingen in snelheid van de ladingsdragers te bepalen.

Met behulp van een door CNST ontwikkelde techniek genaamd "gate mapping scanning tunneling spectroscopie, "De onderzoekers maten de energieniveaus terwijl ze de dichtheid van de dragers in het grafeen veranderden door verschillende potentialen toe te passen tussen een geleidende poort en de tweedimensionale grafeenplaat. Ze stelden vast dat de grafeendragers een evenredige relatie tussen energie en momentum behouden - een "lineaire dispersie" kenmerkend voor massaloze deeltjes - over een onverwacht breed scala aan energieën en dichtheden, van elektronen naar gaten. Ze konden ook aantonen dat wanneer de dichtheid van dragers in grafeen wordt verlaagd, het effect van elk elektron op andere elektronen neemt toe, resulterend in hogere snelheden dan verwacht.

Deze verrassende resultaten zijn zowel belangrijk voor het begrijpen van de fysica van toekomstige grafeenapparaten als omdat ze de ontwikkeling van nauwkeuriger theoretische modellen van de interacties tussen elektronen in tweedimensionale systemen zullen helpen ontwikkelen.