De geleidbaarheid van dubbele lagen grafeen hangt sterk af van de toestand van koolstofatomen aan hun randen; een eigenschap die belangrijke implicaties kan hebben voor informatietransmissies op kwantumschalen.

Gemaakt van 2D-platen van koolstofatomen gerangschikt in honingraatroosters, grafeen vertoont een breed scala aan eigenschappen met betrekking tot de geleiding van warmte en elektriciteit.

Wanneer twee lagen grafeen op elkaar worden gestapeld om een ​​'dubbellaag, ' kunnen deze eigenschappen nog interessanter worden. Aan de randen van deze dubbellagen, bijvoorbeeld, atomen kunnen soms bestaan ​​in een exotische toestand van materie die wordt aangeduid als de 'quantum spin Hall' (QSH) toestand, afhankelijk van de aard van de interactie tussen hun spins en hun bewegingen, aangeduid als hun 'spin-orbit-koppeling' (SOC). Hoewel de QSH-status is toegestaan ​​voor 'intrinsieke' SOC, het wordt vernietigd door 'Rashba' SOC. In een recent gepubliceerd artikel in EPJ B , Priyanka Sinha en Saurabh Basu van het Indian Institute of Technology Guwahati toonden aan dat deze twee soorten SOC verantwoordelijk zijn voor variaties in de manier waarop grafeendubbellagen elektriciteit geleiden.

Voor nanoribbons van dubbellaags grafeen, waarvan de randatomen in zigzagpatronen zijn gerangschikt, de auteurs toonden aan dat de banden van elektronenenergieën die zijn toegestaan ​​​​en verboden aanzienlijk verschillen van die in monolaag grafeen. Voor intrinsieke SOC, de QSH-toestand zorgde er zelfs voor dat atomen in de zigzag een opening hadden tussen deze banden, die in vreemde atomen verdween. Echter, deze asymmetrie verdween voor Rashba SOC, die de relatie veranderde tussen de energie die nodig is om een ​​elektron aan de dubbellaag toe te voegen, en zijn geleidbaarheid.

Deze geleidingsgevoeligheid voor de toestanden van randatomen laat zien dat grafeendubbellagen bijzonder nuttig kunnen zijn voor spintronica-toepassingen. Dit veld bestudeert hoe kwantumspins kunnen worden gebruikt om informatie efficiënt te verzenden, wat van bijzonder belang is voor onderzoekers op gebieden als quantum computing. Sinha en Basu ontdekten ook dat het karakteristieke SOC-gedrag dat ze ontdekten aanhield met of zonder spanning over de dubbellagen, die theorieën verdreven dat dit aspect de vorming van de QSH-toestand zou kunnen voorkomen. Hun werk bevordert onze kennis van grafeendubbellagen, mogelijk nieuwe onderzoeksgebieden openen naar hun intrigerende eigenschappen.