(Phys.org) —Ondanks de vele indrukwekkende eigenschappen van grafeen, het ontbreken van een bandgap beperkt het gebruik ervan in elektronische toepassingen. In een nieuwe studie, wetenschappers hebben theoretisch aangetoond dat een bandgap in grafeen kan worden geopend door 2D-grafeenvellen origami-stijl te vouwen en ze bloot te stellen aan een magnetisch veld. Naast het openen van een bandgap, deze methode produceert ook spin-gepolariseerde stroom in de grafeenplaten, waardoor ze aantrekkelijk zijn voor spintronica-toepassingen.

De wetenschappers, AT Costa, et al., van instellingen in Brazilië, Ierland, Singapore, en de VS, hebben hun paper over grafeenorigami gepubliceerd in een recent nummer van EPL .

"Hoewel het openen van bandgap en spin-gepolariseerde stromen twee afzonderlijke functies zijn die op de verlanglijst van elke grafeenonderzoeker staan, we hebben een manier gevonden die beide vakjes tegelijk kan aanvinken, " co-auteur Mauro Ferreira, Universitair hoofddocent aan het Trinity College Dublin, vertelde Phys.org .

Aangezien de bandgap een energiebereik is waar geen elektronentoestanden bestaan, het openen van een bandgap in grafeen transformeert het van een geleidend materiaal naar een halfgeleidend materiaal. Halfgeleidend grafeen zou nuttiger zijn, en zou bijzonder interessante toepassingen kunnen hebben voor spintronica-apparaten, die de kwantummechanische eigenschap van spin van het elektron benutten naast de eigenschap van elektrische lading.

Een reden dat grafeen een veelbelovend spintronica-materiaal is, is dat, in vergelijking met andere materialen, het heeft een extreem kleine spin-orbit interactie (SOI). Dit betekent dat zijn spin zeer weinig interactie heeft met zijn orbitale beweging, en dus is spindissipatie praktisch verwaarloosbaar in grafeen. Als resultaat, informatie die is opgeslagen in de spin van grafeen kan aanzienlijk langer worden bewaard dan in andere materialen. Een kleine SOI betekent ook dat de informatie met zeer weinig verlies over lange afstanden kan reizen.

Hoewel een kleine SOI veel voordelen heeft, hier wilden de wetenschappers de SOI in delen van grafeen verhogen omdat dat nodig is om een ​​bandgap te openen. Recent onderzoek heeft aangetoond dat SOI wordt verbeterd wanneer grafeen mechanisch wordt gebogen. Hier, de onderzoekers toonden theoretisch aan dat een 2D-grafeenvel gegoten in periodieke richels en troggen een verbeterde SOI heeft in de gebogen gebieden.

Het verhogen van de SOI is de helft van het proces om een ​​bandgap te induceren; de andere helft oefent een magnetisch veld uit. Zoals de onderzoekers uitleggen, de SOI en het magnetische veld vullen elkaar zodanig aan dat beide grootheden moeten worden versterkt om een ​​bandgap te veroorzaken. De grootte van de bandgap wordt uiteindelijk bepaald door de kleinste van deze twee grootheden.

Een manier om een ​​magnetisch veld aan te leggen is door het grafeen te doteren met magnetische atomen. Doping is ook een andere manier om SOI te verbeteren, dus het hele proces zou mogelijk kunnen worden bereikt door doping met de juiste adsorberende middelen.

Deze methode heeft enkele voordelen in vergelijking met eerdere pogingen om een ​​bandgap in grafeen te openen. Tot dusver, eerdere methoden zijn er om verschillende redenen niet in geslaagd om technologisch relevant halfgeleidend grafeen te produceren, inclusief dat de bandgap te klein is en dat wanorde in het systeem naar voren komt. De onderzoekers voorspellen hier dat de nieuwe methode deze moeilijkheden kan overwinnen en uiteindelijk bruikbaar halfgeleidend grafeen kan bereiken.

Het tweede belangrijke effect van de nieuwe methode - dat het de stroom spin-polariseert - betekent dat de spins van de elektronen in dezelfde richting zijn uitgelijnd. Deze functie is vooral belangrijk voor technische spintronica-apparaten.

In hun huidige studie de onderzoekers toonden aan dat het nieuwe proces eenvoudig kan worden gerealiseerd door grafeenvellen op een substraat met periodieke greppels te deponeren. In de toekomst, ze zijn van plan metingen uit te voeren aan de elektrische eigenschappen van het resulterende grafeen.

"Hoewel we een goede experimentele controle hebben over hoe de grafeenvellen worden gevouwen, het meten van de transporteigenschappen van dergelijke origami-achtige structuren blijft een uitdaging, "Zei Ferreira. "De volgende stap is om enkele transportmeettechnieken aan te passen om met de structuren in deze nieuwe geometrie om te gaan."

© 2013 Fys.org. Alle rechten voorbehouden.