Een team van wetenschappers van het Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) ontdekte dat elektrische geleiding in grafeen op de tijdschaal van picoseconden - een picoseconde is een duizendste van een miljardste van een seconde - wordt beheerst door dezelfde basiswetten die de thermische eigenschappen van gassen. Deze veel eenvoudigere thermodynamische benadering van de elektrische geleiding in grafeen zal wetenschappers en ingenieurs niet alleen in staat stellen om de prestaties van op grafeen gebaseerde nano-elektronische apparaten beter te begrijpen, maar ook te verbeteren.

De onderzoekers ontdekten dat de energie van ultrasnelle elektrische stromen die door grafeen gaan, zeer efficiënt wordt omgezet in elektronenwarmte. waardoor grafeenelektronen zich net als een heet gas gedragen. "De warmte wordt gelijkmatig over alle elektronen verdeeld. En de stijging van de elektronische temperatuur, veroorzaakt door de passerende stromingen, heeft op zijn beurt een sterk effect op de elektrische geleiding van grafeen", legt professor Mischa Bonn uit, Directeur bij de MPI-P. De studie, getiteld "Thermodynamisch beeld van ultrasnel ladingstransport in grafeen", is onlangs gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Grafeen - een enkele laag koolstofatomen - staat bekend als een zeer goede elektrische geleider. Als resultaat, grafeen vindt tal van toepassingen in moderne nano-elektronica. Ze variëren van zeer efficiënte detectoren voor optische en draadloze communicatie tot transistors die met zeer hoge snelheden werken. Een voortdurend toenemende vraag naar telecommunicatiebandbreedte vereist een steeds snellere werking van elektronische apparaten, waardoor hun reactietijden zo kort zijn als een picoseconde. "De resultaten van deze studie zullen de prestaties van op grafeen gebaseerde nano-elektronische apparaten zoals ultrasnelle transistors en fotodetectoren helpen verbeteren", zegt professor Dmitry Turchinovich, die het onderzoek leidde bij de MPI-P. In het bijzonder tonen ze de weg voor het doorbreken van de terahertz-snelheidsbarrière - d.w.z. duizend miljard oscillaties per seconde - voor grafeentransistors.