Nøgleegenskaber ved grafen opretholdes over brede intervaller af tæthed og energi

(Phys.org) – Et samarbejde ledet af forskere fra NIST Center for Nanoscale Science and Technology har for første gang vist, at ladningsbærere i grafen fortsætter med at opføre sig som masseløse partikler, som fotoner, over bredere områder af både densitet og energi end tidligere målt eller modelleret.

grafen, et enkelt lag af kulstofatomer, er et materiale af stor videnskabelig og teknologisk interesse, dels fordi det leder elektroner ved høj hastighed. Imidlertid, for at grafen kan nå sit løfte som en del af fremtidens elektroniske enheder, det er vigtigt at forstå på et grundlæggende niveau, hvordan ladningsbærere i materialet interagerer med hinanden. Forskerne brugte scanning tunneling spektroskopi målinger af de magnetiske kvanteenergi niveauer af grafen ladning bærere til at bestemme ændringer i hastigheden af ​​ladning bærere.

Ved at bruge en CNST-udviklet teknik kaldet "gate mapping scanning tunneling spectroscopy, "forskerne målte energiniveauerne, da de ændrede tætheden af ​​bærerne i grafen ved at anvende forskellige potentialer mellem en ledende port og det todimensionale grafenark. De fastslog, at grafenbærerne bevarer et proportionelt forhold mellem energi og momentum-et "lineær spredning" karakteristisk for masseløse partikler - over en uventet bred vifte af energier og tætheder, fra elektroner til huller. De var også i stand til at vise, at når tætheden af ​​bærere i grafen sænkes, virkningen af ​​hver elektron på andre elektroner øges, hvilket resulterer i højere hastigheder end forventet.

Disse overraskende resultater er vigtige både for at forstå fysikken i fremtidige grafenenheder, og fordi de vil hjælpe med at guide udviklingen af ​​mere nøjagtige teoretiske modeller af interaktioner mellem elektroner i todimensionelle systemer.