Elektronik:Grafen laver en magnetisk kontakt

(Phys.org) — Små nanobånd af kulstof kunne bruges til at lave en magnetisk feltsensor til nye elektroniske enheder.

Forskere i Singapore har designet en elektronisk switch, der reagerer på ændringer i et magnetfelt1. Enheden er afhængig af grafen, et stærkt og fleksibelt elektricitetsledende lag af kulstofatomer arrangeret i et bikagemønster.

Seng Ghee Tan fra A*STAR Data Storage Institute, sammen med kolleger ved National University of Singapore, brugte teoretiske modeller til at forudsige egenskaberne af deres foreslåede enhed, kendt som en magnetisk felteffekttransistor.

Transistoren er baseret på to nanobånd af grafen, hver kun et par snese nanometer bred, som er sammenføjet ende mod ende. Atomerne langs kanterne af disse nanobånd er arrangeret i en 'lænestol'-konfiguration - et mønster, der ligner slottets fordybninger. Hvis disse kanter var i et zigzag-mønster, imidlertid, materialet ville have forskellige elektriske egenskaber.

Et af nanobåndene i holdets transistor fungerer som en metallisk leder, der tillader elektroner at flyde frit; den anden, lidt bredere, nanoribbon er en halvleder. Under normale forhold, elektroner kan ikke rejse fra det ene nanobånd til det andet, fordi deres kvantebølgefunktioner - sandsynligheden for, hvor elektroner findes i materialerne - ikke overlapper hinanden.

Et magnetfelt, imidlertid, fordrejer fordelingen af ​​elektroner, ændre deres bølgefunktioner, indtil de overlapper hinanden, og tillader strøm at flyde fra det ene nanobånd til det andet. Brug af et eksternt felt til at ændre den elektriske modstand af en leder på denne måde er kendt som en magnetoresistenseffekt.

Holdet beregnede, hvordan elektroner ville bevæge sig i nanobåndene under påvirkning af et magnetfelt på 10 tesla - den omtrentlige ækvivalent til den, der produceres af en stor superledende magnet - ved en række forskellige temperaturer.

Tan og kolleger fandt ud af, at større magnetfelter tillod mere strøm at flyde, og effekten var mere udtalt ved lavere temperaturer. Ved 150 kelvin, for eksempel, magnetfeltet inducerede en meget stor magnetomodstandseffekt, og strømmen flød frit. Ved stuetemperatur, effekten aftog lidt, men tillod stadig en betydelig strøm. Ved 300 kelvin, magnetomodstandseffekten var cirka halvt så stærk.

Forskerne opdagede også, at da spændingen over nanobåndene steg, elektronerne havde nok energi til at tvinge sig igennem kontakten, og magnetoresistenseffekten aftog.

Andre forskere producerede for nylig grafen nanobånd med atomisk præcise kanter, svarende til dem i det foreslåede design. Tan og hans kolleger foreslår, at hvis lignende fremstillingsteknikker blev brugt til at bygge deres enhed, dens egenskaber kunne komme tæt på at matche deres teoretiske forudsigelser.