Grafeenonderzoekers van de universiteiten van Manchester en Nottingham hebben een nieuwe transistor ontwikkeld die een revolutie teweeg kan brengen in de technologieën voor medische beeldvorming en veiligheidsscreening.

Inschrijven Natuurcommunicatie , de onderzoekers rapporteren de eerste op grafeen gebaseerde transistor met bistabiele kenmerken, wat betekent dat het apparaat spontaan kan schakelen tussen twee elektronische toestanden. Er is veel vraag naar dergelijke apparaten als zenders van elektromagnetische golven in het hoogfrequente bereik tussen radar en infrarood, relevant voor toepassingen zoals beveiligingssystemen en medische beeldvorming.

Bistabiliteit is een veelvoorkomend fenomeen - een wipachtig systeem heeft twee equivalente toestanden en kleine verstoringen kunnen spontaan schakelen tussen beide veroorzaken. De manier waarop ladingdragende elektronen in grafeentransistors bewegen, maakt dit schakelen ongelooflijk snel - biljoenen schakelaars per seconde.

Wondermateriaal grafeen is 's werelds dunste, sterkste en meest geleidende materiaal, en heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in een groot aantal uiteenlopende toepassingen; van smartphones en ultrasnelle breedband tot medicijnafgifte en computerchips. Het werd voor het eerst geïsoleerd aan de Universiteit van Manchester in 2004.

Het apparaat bestaat uit twee lagen grafeen, gescheiden door een isolerende laag boornitride van slechts enkele atoomlagen dik. De elektronenwolken in elke grafeenlaag kunnen worden afgestemd door een kleine spanning aan te leggen. Dit kan de elektronen in een toestand brengen waarin ze spontaan met hoge snelheid tussen de lagen bewegen.

Omdat de isolerende laag die de twee grafeenplaten scheidt ultradun is, elektronen kunnen door deze barrière bewegen door 'quantum tunnelling'. Dit proces veroorzaakt een snelle elektrische lading die kan leiden tot de emissie van hoogfrequente elektromagnetische golven.

Deze nieuwe transistors vertonen de essentiële signatuur van een kwantumwip, negatieve differentiële geleiding genoemd, waarbij dezelfde elektrische stroom vloeit bij twee verschillende aangelegde spanningen. De volgende stap voor onderzoekers is om te leren hoe de transistor als detector en emitter kan worden geoptimaliseerd.

Een van de onderzoekers, Professor Laurence Eaves, zei:"Naast het potentieel in medische beeldvorming en veiligheidsscreening, de grafeenapparaten kunnen ook op een chip worden geïntegreerd met conventionele, of andere op grafeen gebaseerde, elektronische componenten om nieuwe architecturen en functionaliteit te bieden.

"Al meer dan 40 jaar technologie heeft geleid tot steeds kleinere transistors; een technisch hoogstandje dat ons heeft voorzien van de allernieuwste siliciumchips die miljarden transistors bevatten. Wetenschappers zoeken naar een alternatief voor op silicium gebaseerde technologie, die over een paar jaar waarschijnlijk de buffers zal raken, en grafeen kan een antwoord zijn."

"Grafeenonderzoek is relatief volwassen, maar meerlagige apparaten gemaakt van verschillende atomair dunne materialen zoals grafeen werden pas een jaar geleden voor het eerst gerapporteerd. Deze architectuur kan nog veel meer verrassingen brengen", voegt Dr. Liam Britnell toe, Universiteit van Manchester, de eerste auteur van het artikel.