Wetenschappers van het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy waren in staat om met succes de elektronische structuur van grafeen te manipuleren, die de fabricage van grafeentransistors mogelijk maken - sneller en betrouwbaarder dan bestaande op silicium gebaseerde transistors.

De onderzoekers konden theoretisch het mechanisme berekenen waarmee de elektronische bandstructuur van grafeen kan worden gewijzigd met metaalatomen. Het werk zal experimenteel het gebruik van het effect in lagen grafeen begeleiden met zeldzame-aardmetaalionen "ingeklemd" (of geïntercaleerd) tussen grafeen en zijn siliciumcarbidesubstraat. Omdat de metaalatomen magnetisch zijn, kunnen de toevoegingen ook het gebruik van grafeen voor spintronica wijzigen.

"We ontdekken nieuwe en meer bruikbare versies van grafeen, " zei Ames Laboratory senior wetenschapper Michael C. Tringides. "We ontdekten dat de plaatsing van de zeldzame aardmetalen onder grafeen, en precies waar ze zich bevinden, in de lagen tussen grafeen en zijn substraat, is van cruciaal belang voor het manipuleren van de bands en het afstemmen van de band gap."

grafeen, een tweedimensionale laag koolstof, is uitgebreid bestudeerd door onderzoekers overal sinds het voor het eerst werd geproduceerd in 2004, omdat elektronen veel sneller langs het oppervlak reizen, waardoor het een ideaal potentieel materiaal is voor toekomstige elektronische technologieën. Maar het onvermogen om de unieke eigenschappen van grafeen te beheersen of af te stemmen, vormde een obstakel voor de toepassing ervan.

Density Functional Theory-berekeningen voorspelden de configuraties die nodig waren om de beheersing van de bandgapstructuur aan te tonen. "Ames Laboratory is erg goed in de synthese van materialen, en we gebruiken theorie om precies te bepalen hoe de metaalatomen moeten worden gewijzigd, " zei Minsung Kim, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker. "Onze berekeningen hebben de plaatsing geleid, zodat we deze kwantumeigenschappen kunnen manipuleren om zich te gedragen zoals we dat willen."

Het onderzoek wordt verder besproken in het artikel "Manipulation of Dirac cones in intercalated epitaxial graphene, " gepubliceerd in het tijdschrift Koolstof .