Grafen får sine striber:Ny nanoskala elektronisk tilstand opdaget på grafenark

Forskere fra London Centre for Nanotechnology (LCN) har opdaget elektroniske striber, kaldet 'ladningstæthedsbølger', på overfladen af ​​grafenpladerne, der udgør en grafitisk superleder. Det er første gang disse striber er blevet set på grafen, og fundet vil sandsynligvis have dybtgående konsekvenser for udnyttelsen af ​​dette nyligt opdagede materiale, som forskerne mener vil spille en nøglerolle i fremtiden for nanoteknologi. Opdagelsen er rapporteret i Naturkommunikation , 29 november.

Grafen er et materiale, der består af et enkelt ark af kulstofatomer, kun et atom tykt, og findes i mærkerne lavet af en grafitblyant. Grafen har bemærkelsesværdige fysiske egenskaber og har derfor et stort teknologisk potentiale, for eksempel, i gennemsigtige elektroder til fladskærms-tv, i hurtige energieffektive transistorer, og i ultrastærke kompositmaterialer. Forskere afsætter nu store anstrengelser for at forstå og kontrollere egenskaberne af dette materiale.

LCN-holdet donerede ekstra elektroner til en grafenoverflade ved at glide calciummetalatomer nedenunder den. Man ville normalt forvente, at disse yderligere elektroner spredes jævnt ud på grafenoverfladen, ligesom olie breder sig ud på vandet. Men ved at bruge et instrument kendt som et scanning tunneling mikroskop, som kan afbilde individuelle atomer, forskerne har fundet ud af, at de ekstra elektroner arrangerer sig spontant i striber i nanometerskala. Denne uventede adfærd viser, at elektronerne kan have deres eget liv, som ikke er direkte forbundet med de underliggende atomer. Resultaterne inspirerer til mange nye retninger for både videnskab og teknologi. For eksempel, de foreslår en ny metode til at manipulere og kode information, hvor binære nuller og enere svarer til striber, der løber fra henholdsvis nord til syd og løber fra øst til vest.

Dette arbejde er en del af en igangværende multidisciplinær forskningsindsats i grafen ved LCN og følger efter den oprindelige opdagelse af superledning i grafitsuperlederen CaC6 af Weller et al. udgivet i Nature Physics, doi:10.1038/nphys0010.

Professor Jan Zaanen fra Leiden Universitet og vinder af den prestigefyldte Spinoza-pris for, blandt andet, hans rolle som fortaler for stribekonceptet for atomisk tynde materialer, kommenterede:"Denne opdagelse er endnu et vigtigt skridt i retning af at demonstrere allestedsnærværende striber, og det faktum, at de optræder i verdens enkleste vært – det todimensionelle netværk af kulstofatomer, der er grafen – betyder, at mere stor videnskab og anvendelser ikke er langt bagefter."