Tolagsgrafen er endnu et skridt mod grafenelektronik

De nobelprisvindende videnskabsmænd professor Andre Geim og professor Kostya Novoselov har taget et stort skridt fremad med at studere vidundermaterialet grafen og afsløre dets spændende elektroniske egenskaber til fremtidige elektroniske applikationer.

Skrivning i journalen Videnskab , akademikerne, som opdagede verdens tyndeste materiale ved University of Manchester i 2004, har afsløret mere om de elektroniske egenskaber hos sin lidt federe fætter – tolagsgrafen.

Forskerne, fra universiteterne i Manchester, Lancaster (Storbritannien), Nijmegen (Holland) og Moskva (Rusland), har studeret i detaljer effekten af ​​interaktioner mellem elektroner på de elektroniske egenskaber af dobbeltlagsgrafen.

De brugte ekstremt højkvalitets tolagsgrafenenheder, som er fremstillet ved at suspendere ark af materialet i vakuum. På denne måde kunne de fleste af de uønskede spredningsmekanismer for elektroner i grafen elimineres, således at effekten af ​​elektron-elektron interaktion øges.

Sidstnævnte kunne ses som stærke ændringer i det elektroniske lavenergispektrum – det bliver stærkt anisotropt, eller retningsafhængig. Dette er den første effekt af sin art, hvor vekselvirkningerne mellem elektroner i grafen tydeligt kan ses.

Årsagen til sådanne unikke elektroniske egenskaber er, at kvasipartikler (elektroner og huller, som fører elektrisk strøm) i dette materiale er meget forskellige fra dem i andre metaller. De har chiral symmetri (en symmetri mellem elektroner og huller) af den slags, der findes mellem partikler og antipartikler i højenergifysik.

På grund af sådanne egenskaber kaldes grafen-baserede materialer nogle gange 'CERN på et skrivebord' - med henvisning til Large Hadron Collider i Schweiz. Dette er blot en af ​​grundene til, at de elektroniske egenskaber er særligt spændende og ofte giver overraskelser.

Professor Geim og professor Novoselovs banebrydende arbejde gav dem Nobelprisen i fysik i 2010 for "banebrydende eksperimenter vedrørende det todimensionelle materiale grafen".

Parret, som har arbejdet sammen i mere end ti år siden professor Novoselov var professor Geims ph.d.-studerende, bruges til at afsætte hver fredag ​​aften til 'out of the box'-eksperimenter, der ikke er direkte knyttet til deres vigtigste forskningsemner.

En fredag, de brugte Scotch-tape til at fjerne kulstoflag fra et stykke grafit, og blev efterladt med et enkelt atom tykt, todimensionel film af kulstof – grafen.

Grafen er et nyt todimensionelt materiale, der kan ses som et monolag af kulstofatomer arrangeret i et sekskantet gitter. Når to lag af grafen er bundet på en bestemt måde, de danner tolagsgrafen – et meget interessant og usædvanligt materiale i sig selv.

Både grafen og tolagsgrafen har en række unikke egenskaber, såsom ekstrem høj elektron- og termisk ledningsevne på grund af meget høje elektronhastigheder og høj kvalitet af krystallerne, samt mekanisk styrke.

Professor Novoselov sagde:"Teknologien til grafenproduktion modnes dag for dag, som har en umiddelbar indflydelse både på den type spændende fysik, som vi finder i dette materiale, og om gennemførligheden og rækken af ​​mulige anvendelser." Professor Geim tilføjede:"Tolagsgrafen af ​​høj kvalitet er bestemt et spændende materiale i sig selv, og det har bestemt sin egen niche i applikationer."