(Phys.org) —Kleine nanoribbons van koolstof zouden kunnen worden gebruikt om een ​​magnetische veldsensor te maken voor nieuwe elektronische apparaten.

Onderzoekers in Singapore hebben een elektronische schakelaar ontworpen die reageert op veranderingen in een magnetisch veld1. Het apparaat vertrouwt op grafeen, een sterke en flexibele elektriciteitsgeleidende laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatpatroon.

Seng Ghee Tan van het A*STAR Data Storage Institute, samen met collega's van de National University of Singapore, theoretische modellen gebruikt om de eigenschappen van hun voorgestelde apparaat te voorspellen, bekend als een magnetische veldeffecttransistor.

De transistor is gebaseerd op twee nanoribbons van grafeen, elk slechts enkele tientallen nanometers breed, die van begin tot eind zijn samengevoegd. De atomen langs de randen van deze nanolinten zijn gerangschikt in een 'fauteuil'-configuratie - een patroon dat lijkt op de ingesprongen kantelen van kasteelmuren. Als deze randen in een zigzagpatroon waren, echter, het materiaal zou verschillende elektrische eigenschappen hebben.

Een van de nanolinten in de transistor van het team fungeert als een metalen geleider waardoor elektronen vrij kunnen stromen; de andere, iets breder, nanoribbon is een halfgeleider. Onder normale omstandigheden, elektronen kunnen niet van het ene nanolint naar het andere reizen omdat hun kwantumgolffuncties - de waarschijnlijkheid van waar elektronen in de materialen worden gevonden - elkaar niet overlappen.

Een magnetisch veld, echter, vervormt de verdeling van elektronen, hun golffuncties veranderen totdat ze elkaar overlappen en stroom van het ene nanolint naar het andere laten stromen. Het gebruik van een extern veld om de elektrische weerstand van een geleider op deze manier te veranderen, staat bekend als een magnetoweerstandseffect.

Het team berekende hoe elektronen in de nanoribbons zouden reizen onder invloed van een magnetisch veld van 10 tesla - het ruwe equivalent van dat geproduceerd door een grote supergeleidende magneet - bij een reeks verschillende temperaturen.

Tan en collega's ontdekten dat grotere magnetische velden meer stroom lieten vloeien, en het effect was meer uitgesproken bij lagere temperaturen. Bij 150 Kelvin, bijvoorbeeld, het magnetische veld veroorzaakte een zeer groot magnetoweerstandseffect en de stroom vloeide vrij. Op kamertemperatuur, het effect nam iets af, maar liet nog steeds een aanzienlijke stroom toe. Bij 300 Kelvin, het magnetoweerstandseffect was ongeveer half zo sterk.

De onderzoekers ontdekten ook dat naarmate de spanning over de nanoribbons toenam, de elektronen hadden genoeg energie om zich een weg door de schakelaar te banen en het magnetoweerstandseffect nam af.

Andere onderzoekers produceerden onlangs grafeen nanoribbons met atomair precieze randen, vergelijkbaar met die in het voorgestelde ontwerp. Tan en zijn collega's suggereren dat als vergelijkbare fabricagetechnieken werden gebruikt om hun apparaat te bouwen, de eigenschappen ervan zouden in de buurt kunnen komen van hun theoretische voorspellingen.