Elektronen die de regels overtreden en loodrecht op het aangelegde elektrische veld bewegen, kunnen de sleutel zijn tot het leveren van de volgende generatie, energiezuinige computers, een samenwerking van wetenschappers van de Universiteit van Manchester en het Massachusetts Institute of Technology hebben gevonden.

In een onderzoekspaper dat deze week is gepubliceerd in Wetenschap , de samenwerking onder leiding van MIT's theorieprofessor Leonid Levitov en Manchester's Nobelprijswinnaar Sir Andre Geim rapporteren een materiaal waarin elektronen onder een regelbare hoek naar aangelegde velden bewegen, vergelijkbaar met zeilboten die diagonaal op de wind worden gedreven.

Het materiaal is grafeen - een atoomdikke kippengaas gemaakt van koolstof - maar met een verschil. Het wordt getransformeerd naar een nieuwe zogenaamde superroostertoestand door het bovenop boornitride te plaatsen, ook bekend als 'wit grafiet', en vervolgens het uitlijnen van de kristalroosters van de twee materialen. In tegenstelling tot metallisch grafeen, een superrooster van grafeen gedraagt ​​zich als een halfgeleider.

In origineel grafeen, ladingsdragers gedragen zich als massaloze neutrino's die met de snelheid van het licht bewegen en de elektronenlading hebben. Hoewel een uitstekende dirigent, grafeen zorgt niet voor gemakkelijk in- en uitschakelen van stroom, dat is de kern van wat een transistor doet.

Elektronen in superroosters van grafeen zijn anders en gedragen zich als neutrino's die een opmerkelijke massa hebben gekregen. Dit resulteert in een nieuwe, relativistisch gedrag zodat elektronen nu onder grote hoeken scheef kunnen trekken naar aangelegde velden. Het effect is enorm, zoals gevonden in de Manchester-MIT-experimenten.

Het gerapporteerde relativistische effect heeft geen bekende analogie in de deeltjesfysica en vergroot ons begrip van hoe het universum werkt.

Voorbij de ontdekking, het waargenomen fenomeen kan ook helpen de prestaties van grafeenelektronica te verbeteren, waardoor het een waardige metgezel is voor silicium.

Het onderzoek suggereert dat transistors gemaakt van superroosters van grafeen minder energie zouden moeten verbruiken dan conventionele halfgeleidertransistors omdat ladingsdragers loodrecht op het elektrische veld drijven. waardoor er weinig energie verloren gaat.

De Manchester-MIT-onderzoekers demonstreren de eerste dergelijke transistor, die een locatie opent voor minder energieverslindende computers.

Professor Geim merkt op:'Het is best een fascinerend effect, en het raakt een zwak punt in ons begrip van complexe, zogenaamde topologische materialen. Het is uiterst zeldzaam om een ​​fenomeen tegen te komen dat materiaalwetenschap overbrugt, deeltjesfysica, relativiteit en topologie.'

Professor Levitov voegt toe:'Er wordt algemeen aangenomen dat onconventionele benaderingen van informatieverwerking essentieel zijn voor de toekomst van IT-hardware. Deze overtuiging is de drijvende kracht geweest achter een aantal belangrijke recente ontwikkelingen, in het bijzonder de ontwikkeling van spintronica. De gedemonstreerde transistor benadrukt de belofte van op grafeen gebaseerde systemen voor alternatieve manieren van informatieverwerking. '