Voor alle belofte van grafeen als materiaal voor de volgende generatie elektronica en kwantumcomputers, wetenschappers weten nog steeds niet genoeg over deze krachtige geleider om een ​​elektrische stroom effectief te regelen.

grafeen, een één atoom dikke laag koolstof, geleidt elektriciteit zo efficiënt dat de elektronen moeilijk te controleren zijn. En controle zal nodig zijn voordat dit wondermateriaal kan worden gebruikt om transistors op nanoschaal of andere apparaten te maken.

Een nieuwe studie door een onderzoeksgroep van de Universiteit van Wisconsin-Milwaukee (UWM) zal helpen. De groep heeft nieuwe kenmerken van elektronentransport geïdentificeerd in een tweedimensionale laag grafeen gelaagd bovenop een halfgeleider.

De onderzoekers toonden aan dat wanneer elektronen worden omgeleid op het grensvlak van het grafeen en het halfgeleidende substraat, ze stuiten op wat bekend staat als een Schottky-barrière. Als het diep genoeg is, elektronen gaan niet door, tenzij gecorrigeerd door het toepassen van een elektrisch veld - een veelbelovend mechanisme om een ​​op grafeen gebaseerd apparaat aan en uit te zetten.

De groep vond ook echter, een ander kenmerk van grafeen dat de hoogte van de barrière beïnvloedt. Intrinsieke rimpelingen vormen zich op grafeen wanneer het op een halfgeleider wordt geplaatst.

De onderzoeksgroep, onder leiding van Lian Li en Michael Weinert, UWM-hoogleraren natuurkunde, en Li's afgestudeerde student Shivani Rajput, voerden hun experiment uit met het halfgeleider siliciumcarbide. De resultaten zijn gepubliceerd in het nummer van 21 november van: Natuurcommunicatie .

De rimpelingen zijn analoog aan de golving van een vel papier dat is bevochtigd en vervolgens gedroogd. Behalve in dit geval, merkt Weinert op, de dikte van de plaat is minder dan één nanometer (een miljardste van een meter).

"Onze studie zegt dat rimpelingen de hoogte van de barrière beïnvloeden en zelfs als er een kleine variatie in is, de resultaten zullen een grote verandering in het elektronentransport zijn, " zegt Li.

De barrière moet over de hele plaat dezelfde hoogte hebben om ervoor te zorgen dat de stroom aan of uit is, hij voegt toe.

"Dit is een waarschuwend verhaal, " zegt Weinert, wiens berekeningen de theoretische analyse leverden. "Als je grafeen gaat gebruiken voor elektronica, je zult dit fenomeen tegenkomen waar je omheen moet werken."

Met meerdere aandoeningen die de barrière beïnvloeden, er is meer werk nodig om te bepalen welke halfgeleiders het meest geschikt zijn om te gebruiken voor het engineeren van een transistor met grafeen.

Het werk biedt ook kansen. Het vermogen om de omstandigheden die van invloed zijn op de barrière te beheersen, maakt geleiding in drie dimensies mogelijk, in plaats van langs een eenvoudig vlak. Deze 3D-geleiding zal nodig zijn voor wetenschappers om meer gecompliceerde nano-apparaten te maken, zegt Weinert.