Het combineren van zwart en wit grafeen kan de elektronische eigenschappen van de één-atoom dikke materialen veranderen. Onderzoekers van de Universiteit van Manchester hebben ontdekt.

Inschrijven Natuurfysica , een groot internationaal team onder leiding van Dr. Artem Mishchenko en Sir Andre Geim van de Universiteit van Manchester laat zien dat de elektronische eigenschappen van grafeen drastisch veranderen als grafeen bovenop boornitride wordt geplaatst, ook wel 'wit grafiet' genoemd.

Een van de grootste uitdagingen bij het gebruik van grafeen in elektronicatoepassingen is de afwezigheid van een bandgap, wat in feite betekent dat de elektrische geleidbaarheid van grafeen niet volledig kan worden uitgeschakeld. Wat onderzoekers tot nu toe ook met het materiaal probeerden te doen, het bleef sterk elektrisch geleidend.

Een nieuwe richting die recentelijk naar voren is gekomen in grafeenonderzoek, is om te proberen de elektronische eigenschappen van grafeen te wijzigen door het te combineren met andere vergelijkbare materialen in meerlagige stapels. Dit creëert een extra landschap voor elektronen die door grafeen bewegen en, daarom, zijn elektronische eigenschappen kunnen sterk veranderen.

De wetenschappers van de Universiteit van Manchester hebben capaciteitsmetingen gebruikt om deze veranderingen te onderzoeken. Ze ontdekten dat dit in combinatie met een magnetisch veld talloze replica's van het oorspronkelijke grafeenspectrum oplevert. Dit fenomeen staat bekend als de Hofstadter-vlinder, maar het is de eerste keer dat goed ontwikkelde replicaspectra zijn waargenomen.

De onderzoekers vonden een schat aan onverwachte fysica in dit nieuwe systeem. Bijvoorbeeld, de Hofstadter vlinders bleken sterk verwrongen, heel anders dan de theoretische voorspellingen. Dit gebeurt omdat elektronen niet alleen het landschap voelen, maar ook elkaar, die de vlinder wijzigt.

Een ander fenomeen dat de Manchester-paper meldt, is dat grafeen zich bij zeer lage temperaturen begint te gedragen als een kleine ferromagneet. Gebruikelijk, hoe hoger het magnetische veld, hoe magnetischer grafeen wordt. De Hofstadter-vlinder in de condensatoren van Manchester leidt tot een onverwacht oscillerend gedrag van het ferromagnetisme. Naarmate nieuwe replicaspectra verschijnen en verdwijnen, dat geldt ook voor het ferromagnetisme.

Dr. Mishchenko zei:"Het is echt een nieuw mooi elektronisch systeem, zowel vergelijkbaar met als verschillend van grafeen. We verwachten nog veel meer verrassingen. Laten we eerst begrijpen wat het is en dan beginnen we te praten over mogelijke toepassingen."