Door te bestuderen hoe elektronen in tweedimensionaal grafeen zich letterlijk als een vloeistof kunnen gedragen, onderzoekers hebben de weg vrijgemaakt voor verder onderzoek naar een materiaal dat het potentieel heeft om toekomstige elektronische computerapparatuur mogelijk te maken die de siliciumtransistors overtreft.

Onderzoek naar een nieuwe methode om vloeistofachtig elektronengedrag in grafeen nauwkeuriger aan te tonen, ontwikkeld door Rensselaer-onderzoeker Ravishankar Sundararaman en een team van Quazar Technologies in India onder leiding van Mani Chandra, werd onlangs gepubliceerd in Fysieke beoordeling B .

Grafeen is een enkele atomaire laag grafiet die veel aandacht heeft gekregen vanwege zijn unieke elektronische eigenschappen. Onlangs, Sundararaman zei, wetenschappers hebben voorgesteld dat onder de juiste omstandigheden, elektronen in grafeen kunnen als een vloeistof stromen op een manier die anders is dan enig ander materiaal.

Om dit te illustreren, Sundararaman vergelijkt elektronen met waterdruppels. Als er maar een paar druppels op de bodem van een pot staan, hun beweging is voorspelbaar omdat ze de beweging van de container volgen wanneer deze van links naar rechts wordt gekanteld. Dat is hoe elektronen zich in de meeste materialen gedragen als ze in contact komen met atomen en er weer vanaf kaatsen. Dit leidt tot de wet van Ohm, de waarneming dat de elektrische stroom die door een materiaal vloeit evenredig is met de spanning die erover wordt aangelegd. Verwijder de spanning, en de stroom stopt.

Stel je nu een glas voor dat halfvol water is. De beweging van vloeistof, vooral als je de pot schudt, is veel minder uniform omdat de watermoleculen meestal met elkaar in contact komen in plaats van met de wanden van de pot, waardoor het water kan klotsen en kolken. Zelfs als je stopt met het bewegen van het glas, de beweging van het water gaat door. Sundararaman vergelijkt dit met hoe elektronen in grafeen blijven stromen, zelfs nadat de spanning is gestopt.

Onderzoekers wisten dat elektronen in grafeen het potentieel hadden om op deze manier te werken, maar experimenten uitvoeren om de noodzakelijke voorwaarden voor dit gedrag te creëren is moeilijk. Eerder, Sundararaman zei, wetenschappers legden spanning op een materiaal en zochten naar negatieve weerstand, maar het was geen erg gevoelige methode.

De berekeningen die Sundararaman en zijn team in dit laatste werk hebben gepresenteerd, laten zien dat onderzoekers door het oscilleren van de spanning - de schudbeweging in het voorbeeld van de pot na te bootsen - de gecreëerde vortexen en het hydrodynamische gedrag van de elektronen nauwkeuriger kunnen identificeren en meten.

"Je kunt hier echt rare en nuttige elektronische eigenschappen uit halen, " zei Sundararaman, assistent-professor materiaalkunde en techniek. "Omdat het stroomt als een vloeistof, het heeft het potentieel om zijn momentum vast te houden en door te gaan. Je zou geleiding kunnen hebben met veel minder energieverlies, wat erg handig is om apparaten met een laag vermogen heel snel te maken."

Sundararaman maakte duidelijk dat er nog veel meer onderzoek moet worden gedaan voordat een dergelijk apparaat kan worden gemaakt en toegepast op elektronica. Maar de methode die dit artikel beschrijft, inclusief de metingen die volgens onderzoekers moeten worden genomen, zal een nauwkeurigere observatie van deze hydrodynamische stroom van elektronen in grafeen en andere veelbelovende materialen mogelijk maken.