Grafeen - een één atoom dikke laag van het spul in potloden - is een betere geleider dan koper en is veelbelovend voor elektronische apparaten, maar met één addertje onder het gras:elektronen die er doorheen bewegen, kunnen niet worden gestopt.

Tot nu, dat is. Wetenschappers van de Rutgers University-New Brunswick hebben geleerd hoe ze de weerbarstige elektronen in grafeen kunnen temmen, de weg vrijmaken voor het ultrasnelle transport van elektronen met een laag energieverlies in nieuwe systemen. Hun studie werd online gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

"Dit laat zien dat we de elektronen in grafeen elektrisch kunnen controleren, " zei Eva Y. Andrei, Professor van de Raad van Bestuur bij de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van Rutgers aan de School of Arts and Sciences en senior auteur van de studie. "Vroeger, wij konden het niet. Dit is de reden waarom mensen dachten dat je geen apparaten zoals transistors kon maken die moeten worden geschakeld met grafeen, omdat hun elektronen op hol slaan."

Nu kan het mogelijk worden om een ​​grafeentransistor op nanoschaal te realiseren, zei Andrei. Zo ver, elektronische componenten van grafeen omvatten ultrasnelle versterkers, supercondensatoren en draden met ultralage weerstand. De toevoeging van een grafeentransistor zou een belangrijke stap zijn in de richting van een volledig grafeenelektronicaplatform. Andere op grafeen gebaseerde toepassingen zijn onder meer ultragevoelige chemische en biologische sensoren, filters voor ontzilting en waterzuivering. Grafeen wordt ook ontwikkeld in platte flexibele schermen, en overschilderbare en afdrukbare elektronische schakelingen.

Grafeen is een nanodun laagje van het op koolstof gebaseerde grafiet waarmee potloden schrijven. Het is veel sterker dan staal en een geweldige geleider. Maar als er elektronen doorheen gaan, ze doen dat in rechte lijnen en hun hoge snelheid verandert niet. "Als ze een barrière raken, ze kunnen niet terug, dus ze moeten er doorheen "Zei Andrei. "Mensen hebben gekeken hoe ze deze elektronen kunnen beheersen of temmen."

Haar team slaagde erin deze wilde elektronen te temmen door spanning door een hightech microscoop met een extreem scherpe punt te sturen, ook de grootte van een atoom. Ze creëerden wat lijkt op een optisch systeem door spanning door een scanning tunneling microscoop te sturen, die 3D-weergaven van oppervlakken op atomaire schaal biedt. De scherpe punt van de microscoop creëert een krachtveld dat elektronen opsluit in grafeen of hun banen wijzigt, vergelijkbaar met het effect dat een lens heeft op lichtstralen. Elektronen kunnen gemakkelijk worden gevangen en losgelaten, het verstrekken van een efficiënt aan-uit schakelmechanisme, volgens André.

"Je kunt elektronen opsluiten zonder gaten in het grafeen te maken, "zei ze. "Als je de spanning verandert, je kunt de elektronen vrijgeven. Dus je kunt ze vangen en naar believen laten gaan."

De volgende stap zou zijn om op te schalen door extreem dunne draden te plaatsen, nanodraden genoemd, bovenop grafeen en het regelen van de elektronen met spanningen, ze zei.