Kontrol af elektroner i grafen åbner en ny vej til potentielle elektroniske enheder

For første gang, forskere skabte et afstemeligt kunstigt atom i grafen. De demonstrerede, at en ledig plads i grafen kan oplades på en kontrollerbar måde, så elektroner kan lokaliseres for at efterligne elektronorbitalerne i et kunstigt atom. Vigtigere, fangstmekanismen er reversibel (tændt og slukket), og energiniveauet kan indstilles.

Resultaterne fra denne forskning viser en levedygtig, kontrollerbar, og reversibel teknik til at begrænse elektroner i grafen. Elektronernes energitilstande er "indstillelige". Denne afstemning åbner nye veje for forskning i den unikke fysikelektronadfærd i grafen. Yderligere, det giver en metode, der kan lette brugen af ​​grafenbaserede enheder til fremtidig elektronik, kommunikation, og sensorer.

Graphens bemærkelsesværdige elektroniske egenskaber har givet næring til visionen om at udvikle grafenbaserede enheder for at muliggøre lettere, hurtigere og smartere elektronik og avancerede computerapplikationer. Men fremskridtene mod dette mål er blevet bremset af manglende evne til at begrænse sine ladningsbærere med påført spænding. Et team ledet af forskere fra Rutgers University udviklede en teknik til stabilt at være vært for og kontrollerbart ændre lokaliserede ladningstilstande i grafen. Forskerne oprettede ledige stillinger (manglende kulstofatomer) i grafengitteret, ved at bombardere prøven med ladede heliumatomer (He+ ioner).

De demonstrerede, at det er muligt at deponere en positiv ladning på det ledige sted og gradvist oplade det ved at anvende spændingsimpulser med et scannende tunnelmikroskopspids. Når gebyret på den ledige stilling stiger, dets interaktion med ledningselektronerne i grafen undergår en overgang. Interaktionen bliver til et regime, hvor elektronerne kan fanges i kvasi-bundne energitilstande, der ligner et kunstigt atom.

Holdet viste endvidere, at de kvasi-bundne stater på det ledige sted kan afstemmes med anvendelse af et eksternt elektrisk felt. Fangstmekanismen kan tændes og slukkes, giver et nyt paradigme til at styre og guide elektroner i grafen.