Verdens første billeder af elektriske strømme i grafen frigivet

Forskere ved University of Melbourne er de første i verden til at afbilde, hvordan elektroner bevæger sig i todimensionel grafen, et boost til udviklingen af ​​næste generations elektronik.

I stand til at afbilde opførselen af ​​bevægelige elektroner i strukturer med kun ét atom i tykkelse, den nye teknik overvinder betydelige begrænsninger med eksisterende metoder til at forstå elektriske strømme i enheder baseret på ultratynde materialer.

"Næste generations elektroniske enheder baseret på ultratynde materialer, inklusive kvantecomputere, vil være særligt sårbare over for små revner og defekter, der forstyrrer strømstrømmen, " sagde professor Lloyd Hollenberg, Vicedirektør for Center for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) og Thomas Baker Chair ved University of Melbourne.

Et hold ledet af Hollenberg brugte en speciel kvantesonde baseret på et 'farvecenter' på størrelse med atomer, der kun findes i diamanter til at afbilde strømmen af ​​elektriske strømme i grafen. Teknikken kan bruges til at forstå elektronadfærd i en række nye teknologier.

"Evnen til at se, hvordan elektriske strømme påvirkes af disse ufuldkommenheder, vil give forskere mulighed for at forbedre pålideligheden og ydeevnen af ​​eksisterende og nye teknologier. Vi er meget begejstrede for dette resultat, som gør det muligt for os at afsløre den mikroskopiske opførsel af strøm i kvantecomputere, grafen og andre 2D materialer, " han sagde.

"Forskere på CQC2T har gjort store fremskridt med fremstilling af nanoelektronik i silicium til kvantecomputere i atomskala. Ligesom grafenplader, disse nanoelektroniske strukturer er i det væsentlige et atom tykke. Succesen med vores nye sanseteknik betyder, at vi har potentialet til at observere, hvordan elektroner bevæger sig i sådanne strukturer og hjælpe vores fremtidige forståelse af, hvordan kvantecomputere vil fungere."

Ud over at forstå nanoelektronik, der styrer kvantecomputere, Teknikken kunne bruges med 2D-materialer til at udvikle næste generations elektronik, energilagring (batterier), fleksible displays og biokemiske sensorer.

"Vores teknik er kraftfuld, men forholdsvis enkel at implementere, hvilket betyder, at det kan adopteres af forskere og ingeniører fra en bred vifte af discipliner, " sagde hovedforfatter Dr. Jean-Philippe Tetienne fra CQC2T ved University of Melbourne.

"At bruge magnetfeltet fra bevægelige elektroner er en gammel idé i fysik, men dette er en ny implementering i mikroskala med applikationer fra det 21. århundrede."

Arbejdet var et samarbejde mellem diamantbaseret kvantesansning og grafenforskere. Deres komplementære ekspertise var afgørende for at overvinde tekniske problemer med at kombinere diamant og grafen.

"Ingen har før været i stand til at se, hvad der sker med elektriske strømme i grafen, " sagde Nikolai Dontschuk, en grafenforsker ved University of Melbourne School of Physics.

"Det var udfordrende at bygge en enhed, der kombinerede grafen med det ekstremt følsomme nitrogen-vacance-farvecenter i diamant. men en vigtig fordel ved vores tilgang er, at den er ikke-invasiv og robust - vi forstyrrer ikke strømmen ved at mærke den på denne måde, " han sagde.

Tetienne forklarede, hvordan holdet var i stand til at bruge diamant til at afbilde strømmen.

"Vores metode er at skinne en grøn laser på diamanten, og se rødt lys, der opstår fra farvecentrets reaktion på en elektrons magnetfelt, " han sagde.

"Ved at analysere intensiteten af ​​det røde lys, vi bestemmer det magnetiske felt skabt af den elektriske strøm og er i stand til at afbilde det, og bogstaveligt talt se effekten af ​​materielle ufuldkommenheder."

De nuværende billeddannelsesresultater blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .