Wetenschappers die lasers gebruiken in een faciliteit van de Science and Technology Facilities Council (STFC) in het VK, zijn van mening dat ze een stap dichter bij het vinden van een vervanging zijn voor siliciumchips die sneller zijn en minder energie verbruiken dan nu het geval is.

Het team heeft het gedrag van dubbellaags grafeen getest om te ontdekken of het al dan niet als halfgeleider kan worden gebruikt. Hun resultaten suggereren dat het siliciumtransistors in elektronische circuits zou kunnen vervangen.

Grafeen is pure koolstof in de vorm van een zeer dunne, bijna transparant blad, 0 een atoom dik. Het staat bekend als een 'wondermateriaal' vanwege zijn opmerkelijke sterkte en efficiëntie bij het geleiden van warmte en elektriciteit.

In zijn huidige vorm is grafeen niet geschikt voor transistors, die de basis vormen van alle moderne elektronica. Om een ​​transistor technologisch levensvatbaar te maken, het moet kunnen 'uitschakelen' zodat er in standby-toestand slechts een kleine elektrische stroom door zijn poort vloeit. Grafeen heeft geen band gap en kan dus niet uitschakelen.

Het onderzoeksteam, onder leiding van professor Philip Hofmann van de Universiteit van Aarhus in Denemarken, een nieuw materiaal gebruikt - dubbellaags grafeen - waarin twee lagen grafeen op elkaar zijn geplaatst, laat een kleine bandgap achter om de overdracht van energie tussen lagen aan te moedigen.

Met behulp van Artemis in de centrale laserfaciliteit van STFC, dat is gevestigd in het Rutherford Appleton Laboratory in Oxfordshire, de onderzoekers vuurden ultrakorte pomplaserpulsen af ​​op het dubbellaagse grafeenmonster, het stimuleren van elektronen in de geleidingsband.

Een tweede korte, extreem ultraviolet, golflengtepuls wierp vervolgens elektronen uit het monster. Deze werden verzameld en geanalyseerd om een ​​momentopname te maken van de energieën en beweging van de elektronen.

"We hebben een reeks van deze metingen gedaan, het variëren van de tijdsvertraging tussen de infrarode laserpomp en de extreem ultraviolette sonde, en zette ze in een film, " zei Dr. Cephise Cacho van STFC, een van het onderzoeksteam. "Om te zien hoe de snel bewegende elektronen zich gedragen, elk frame van de film moet worden gescheiden door slechts een fractie van een miljardste van een seconde."

Professor Hofmann zei:"Wat we met dit onderzoek hebben aangetoond, is dat ons monster zich gedraagt ​​​​als een halfgeleider, en wordt niet kortgesloten door defecten."

Er kunnen onvolkomenheden zijn in dubbellaags grafeen, omdat de lagen soms niet goed uitgelijnd raken.

De resultaten van dit onderzoek, waarin het grafeen geen gebreken vertoonde, suggereren dat verdere technologische inspanningen moeten worden geleverd om onvolkomenheden tot een minimum te beperken. Zodra dit is gedaan, er is een kans dat de uitschakelprestaties van dubbellaags grafeen voldoende kunnen worden versterkt om op silicium gebaseerde apparaten uit te dagen.

Grafeentransistors kunnen kleinere, snellere elektronische chips dan met silicium haalbaar zijn. Uiteindelijk zouden er steeds meer transistors op een enkele microchip kunnen worden geplaatst om sneller, krachtigere processors voor gebruik in elektronische apparatuur.