Team udvikler metode til at fange undvigende elektroner

Grafens unikke 2D-struktur betyder, at elektroner bevæger sig igennem det anderledes end i de fleste andre materialer. En konsekvens af denne unikke transport er, at påføring af en spænding ikke stopper elektronerne, som det gør i de fleste andre materialer. Dette er et problem, fordi for at lave nyttige applikationer ud af grafen og dets unikke elektroner, såsom kvantecomputere, det er nødvendigt at kunne stoppe og kontrollere grafenelektroner.

Et tværfagligt team af forskere fra Universidad Autonoma de Madrid (Spanien), Université Grenoble Alpes (Frankrig), Internationalt Iberian Nanotechnology Laboratory (Portugal) og Aalto University har løst dette langvarige problem. Holdet inkluderede eksperimentelle forskere Eva Cortés del Río, Pierre Mallet, Héctor González-Herrero, José María Gómez -Rodríguez, Jean-Yves Veuillen og Iván Brihuega og teoretikere, herunder Joaquín Fernández-Rossier og Jose Lado, adjunkt i afdelingen for Anvendt Fysik ved Aalto.

Eksperimentholdet brugte atommursten til at bygge vægge, der var i stand til at stoppe grafenelektronerne. Dette blev opnået ved at skabe atomvægge, der begrænsede elektronerne, fører til strukturer, hvis spektrum derefter blev sammenlignet med teoretiske forudsigelser, demonstrerer, at elektroner var indespærret. I særdeleshed, det blev opnået, at de konstruerede strukturer gav anledning til næsten perfekt indeslutning af elektroner, som demonstreret fra fremkomsten af ​​skarpe kvantebrønd-resonanser med en bemærkelsesværdig lang levetid.

Arbejdet, udgivet i denne uge i Avancerede materialer , demonstrerer, at uigennemtrængelige vægge til grafenelektroner kan skabes ved kollektiv manipulation af et stort antal brintatomer. I forsøgene, et scanning tunneling mikroskop blev brugt til at konstruere kunstige vægge med sub nanometrisk præcision. Dette førte til grafen nanostrukturer af vilkårligt komplekse former, med dimensioner fra to nanometer til en mikron.

Vigtigt, metoden er ikke-destruktiv, giver forskere mulighed for at slette og genopbygge nanostrukturerne efter behag, giver en hidtil uset grad af kontrol til at skabe kunstige grafenenheder. Eksperimenterne viser, at de konstruerede nanostrukturer er i stand til perfekt at begrænse grafenelektronerne i disse kunstigt designede strukturer, overvinde den kritiske udfordring, som Klein tunneling pålægger. Ultimativt, dette åbner op for mange spændende nye muligheder, da nanostrukturerne realiserer grafen kvanteprikker, der selektivt kan kobles, åbne muligheder for kunstigt designet kvantestof.