Wetenschappers hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de eigenschappen van grafeen te karakteriseren zonder storende elektrische contacten toe te passen. waardoor ze zowel de weerstand als de kwantumcapaciteit van grafeen en andere tweedimensionale materialen kunnen onderzoeken. Onderzoekers van het Zwitserse Nanoscience Institute en de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Basel rapporteerden hun bevindingen in het tijdschrift Physical Review Applied.

Grafeen bestaat uit een enkele laag koolstofatomen. Het is transparant, harder dan diamant en sterker dan staal, maar flexibel, en een aanzienlijk betere geleider van elektriciteit dan koper. Sinds grafeen voor het eerst werd geïsoleerd in 2004, wetenschappers over de hele wereld hebben de eigenschappen en de mogelijke toepassingen voor het ultradunne materiaal onderzocht. Er bestaan ​​ook andere tweedimensionale materialen met vergelijkbare veelbelovende toepassingsgebieden; echter, er is weinig onderzoek gedaan naar hun elektronische structuren.

Geen elektrische contacten nodig

Elektrische contacten worden meestal gebruikt om de elektronische eigenschappen van grafeen en andere tweedimensionale materialen te karakteriseren. Echter, deze kunnen de eigenschappen van de materialen aanzienlijk veranderen. Het team van professor Christian Schönenberger van het Zwitserse Nanoscience Institute en de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Basel heeft nu een nieuwe methode ontwikkeld om deze eigenschappen te onderzoeken zonder contacten aan te brengen.

Om dit te doen, de wetenschappers hebben grafeen ingebed in de isolator boornitride, plaatste het op een supergeleider en koppelde het aan een microgolfresonator. Zowel de elektrische weerstand als de kwantumcapaciteit van het grafeen beïnvloeden de kwaliteitsfactor en resonantiefrequentie van de resonator. Hoewel deze signalen erg zwak zijn, ze kunnen worden vastgelegd met behulp van supergeleidende resonatoren.

Door de microgolfkarakteristieken van resonatoren met en zonder ingekapseld grafeen te vergelijken, de wetenschappers kunnen zowel de elektrische weerstand als de kwantumcapaciteit bepalen. "Deze parameters zijn belangrijk bij het bepalen van de exacte eigenschappen van grafeen en bij het identificeren van beperkende factoren voor de toepassing ervan, " legt Simon Zihlmann uit, een promovendus in de groep van Schönenberger.

Ook geschikt voor andere tweedimensionale materialen

Het met boornitride ingekapselde grafeen diende als prototypemateriaal tijdens de ontwikkeling van de methode. Grafeen geïntegreerd in andere materialen kan op dezelfde manier worden onderzocht. In aanvulling, andere tweedimensionale materialen kunnen ook worden gekarakteriseerd zonder het gebruik van elektrische contacten; bijvoorbeeld, de halfgeleider molybdeendisulfide, die toepassingen heeft in zonnecellen en optica.