Onderzoekers zijn erin geslaagd een nieuw "fluistergalerij" -effect te creëren voor elektronen in een vel grafeen - waardoor het mogelijk wordt om een ​​gebied dat elektronen in het materiaal reflecteert nauwkeurig te regelen. Ze zeggen dat de prestatie een basisbouwsteen zou kunnen vormen voor nieuwe soorten elektronische lenzen, evenals op kwantum gebaseerde apparaten die elektronica en optica combineren.

Het nieuwe systeem maakt gebruik van een naaldachtige sonde die de basis vormt van de huidige scanning tunneling microscopen (STM), waardoor controle mogelijk is over zowel de locatie als de grootte van het reflecterende gebied in grafeen - een tweedimensionale vorm van koolstof die slechts één atoom dik is.

De nieuwe bevinding wordt beschreven in een artikel dat in het tijdschrift verschijnt Wetenschap , co-auteur van MIT-hoogleraar natuurkunde Leonid Levitov en onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST), de Universiteit van Maryland, Imperial College Londen, en het National Institute for Materials Science (NIMS) in Tsukuba, Japan.

Wanneer de scherpe punt van de STM boven een vel grafeen ligt, het produceert een cirkelvormige barrière op de plaat die "werkt als een perfecte gebogen spiegel" voor elektronen, Levitov zegt, ze weerkaatsen naar het midden van de cirkel. Deze regelbare reflectiviteit is vergelijkbaar, hij voegt toe, naar zogenaamde "fluistergalerij"-opsluitingsmodi die zijn gebruikt in optische en akoestische systemen, maar deze zijn niet afstembaar of instelbaar.

"In de optica, fluistergalerijmodi zijn bekend en nuttig, " zegt Levitov. "Ze zorgen voor resonanties van hoge kwaliteit. Maar het gebruikelijke probleem in optica is dat ze niet afstembaar zijn." eerdere pogingen om kwantumkoralen voor elektronen te creëren, hebben atomen gebruikt die precies op een oppervlak zijn gepositioneerd, die niet gemakkelijk opnieuw kunnen worden geconfigureerd.

De opsluiting wordt in dit geval geproduceerd door de grens tussen twee verschillende regio's op het grafeenoppervlak, corresponderend met de "p" en "n" gebieden in een transistor. In dit geval, een cirkelvormig gebied net onder de STM-tip neemt één polariteit aan, en het omliggende gebied de tegenovergestelde polariteit, het creëren van een controleerbare cirkelvormige kruising tussen de twee regio's. Elektronen in platen grafeen gedragen zich als lichtdeeltjes; in dit geval, de cirkelvormige kruising fungeert als een gebogen spiegel die de elektronen kan concentreren en regelen.

Het is te vroeg om te voorspellen welke specifieke toepassingen voor dit fenomeen kunnen worden gevonden, Levitov zegt, maar voegt eraan toe, "Elke resonator kan voor verschillende dingen worden gebruikt."

Deze elektronenresonator combineert verschillende goede eigenschappen. Er is duidelijk iets speciaals aan afstembaarheid en tegelijkertijd hoge kwaliteit."

Omdat het nieuwe systeem is gebaseerd op gevestigde STM-technologie, het zou relatief snel kunnen worden ontwikkeld tot bruikbare apparaten, Levitov suggereert. En handig, de STM creëert niet alleen het fluisterende galerij-effect, maar biedt ook een manier om de resultaten te observeren, om het fenomeen te bestuderen. "De fooi doet in dit geval dubbel werk, " hij zegt.

Dit zou een stap kunnen zijn in de richting van de creatie van elektronische lenzen, Levitov zegt:"een concept dat grafeenonderzoekers intrigeert." In principe, deze zouden een manier kunnen zijn om objecten te observeren die duizend keer zo groot zijn als die zichtbaar zijn met behulp van lichtgolven.

Elektronische lenzen zouden een fundamenteel andere benadering vertegenwoordigen dan bestaande elektronenmicroscopen, die een oppervlak bombarderen met hoogenergetische elektronenbundels, het uitwissen van alle subtiele effecten binnen de objecten die worden waargenomen. Elektronen lenzen, daarentegen, zou in staat zijn om de omringende elektronen met lage energie in het object zelf te observeren.

Dit zou het mogelijk kunnen maken om "subtiele dingen te bestuderen over hoe ladingsdragers zich gedragen op microscopisch niveau, die je van buitenaf niet kunt zien, ', zegt Levitov.

Het nieuwe werk van Levitov en zijn collega's biedt een deel van zo'n systeem - en mogelijk van andere geavanceerde elektro-optische systemen, hij zegt, zoals materialen met negatieve breking die zijn voorgesteld als een soort 'onzichtbaarheidsmantel'. De nieuwe fluistergalerijmodus voor elektronen maakt deel uit van een gereedschapskist die zou kunnen leiden tot een hele reeks nieuwe op kwantum gebaseerde elektronenoptica-apparaten. Het kan ook worden gebruikt om zeer gevoelige sensoren te maken, aangezien dergelijke resonatoren "kunnen worden gebruikt om uw gevoeligheid voor zeer kleine signalen te verbeteren, ', zegt Levitov.