Tæmme vilde elektroner i grafen

Grafen - et et-atom-tykt lag af ting i blyanter - er en bedre leder end kobber og er meget lovende for elektroniske enheder, men med én hak:Elektroner, der bevæger sig igennem den, kan ikke stoppes.

Indtil nu, det er. Forskere ved Rutgers University-New Brunswick har lært, hvordan man tæmmer de uregerlige elektroner i grafen, baner vejen for ultrahurtig transport af elektroner med lavt energitab i nye systemer. Deres undersøgelse blev offentliggjort online i Natur nanoteknologi .

"Dette viser, at vi elektrisk kan styre elektronerne i grafen, " sagde Eva Y. Andrei, Board of Governors professor i Rutgers' Institut for Fysik og Astronomi på School of Arts and Sciences og undersøgelsens seniorforfatter. "I fortiden, vi kunne ikke gøre det. Dette er grunden til, at folk troede, at man ikke kunne lave enheder som transistorer, der kræver skift med grafen, fordi deres elektroner løber løbsk."

Nu kan det blive muligt at realisere en grafentransistor i nanoskala, sagde Andrei. Så langt, graphene elektronikkomponenter omfatter ultrahurtige forstærkere, superkondensatorer og ledninger med ultralav resistivitet. Tilføjelsen af ​​en grafentransistor ville være et vigtigt skridt i retning af en helt grafen elektronikplatform. Andre grafenbaserede applikationer omfatter ultrafølsomme kemiske og biologiske sensorer, filtre til afsaltning og vandrensning. Grafen udvikles også i flad fleksible skærme, og elektroniske kredsløb, der kan males og udskrives.

Grafen er et nanotyndt lag af den kulstofbaserede grafit, som blyanter skriver med. Det er langt stærkere end stål og en fantastisk leder. Men når elektroner bevæger sig igennem det, de gør det i lige linjer, og deres høje hastighed ændres ikke. "Hvis de rammer en barriere, de kan ikke vende tilbage, så de skal igennem det, " sagde Andrei. "Folk har kigget på, hvordan man kontrollerer eller tæmmer disse elektroner."

Hendes hold formåede at tæmme disse vilde elektroner ved at sende spænding gennem et højteknologisk mikroskop med en ekstrem skarp spids, også på størrelse med et atom. De skabte, hvad der ligner et optisk system ved at sende spænding gennem et scanning tunneling mikroskop, som tilbyder 3D-visninger af overflader i atomskala. Mikroskopets skarpe spids skaber et kraftfelt, der fanger elektroner i grafen eller ændrer deres baner, svarende til den effekt en linse har på lysstråler. Elektroner kan let fanges og frigives, tilvejebringelse af en effektiv tænd-sluk mekanisme, ifølge Andrei.

"Du kan fange elektroner uden at lave huller i grafen, " sagde hun. "Hvis du ændrer spændingen, du kan frigive elektronerne. Så du kan fange dem og lade dem gå efter behag."

Det næste skridt ville være at skalere op ved at sætte ekstremt tynde ledninger, kaldet nanotråde, oven på grafen og styre elektronerne med spændinger, hun sagde.