Udstrækning ændrer grafens elektroniske egenskaber

Grafens elektroniske egenskaber kan modificeres specifikt ved at strække materialet jævnt, siger forskere ved universitetet i Basel. Disse resultater åbner døren til udviklingen af ​​nye typer elektroniske komponenter.

Grafen består af et enkelt lag af carbonatomer arrangeret i et sekskantet gitter. Materialet er meget fleksibelt og har fremragende elektroniske egenskaber, hvilket gør det attraktivt til adskillige anvendelser – især elektroniske komponenter.

Forskere ledet af professor Christian Schönenberger ved Swiss Nanoscience Institute og Institut for Fysik ved Universitetet i Basel har nu undersøgt, hvordan materialets elektroniske egenskaber kan manipuleres ved mekanisk strækning. For at gøre dette, de udviklede en slags stativ, hvormed de strækker det atomare tynde grafenlag på en kontrolleret måde, mens dens elektroniske egenskaber måles.

Sandwich på stativet

Forskerne forberedte først en 'sandwich' bestående af et lag grafen mellem to lag bornitrid. Denne stak af lag, udstyret med elektriske kontakter, blev anbragt på et fleksibelt underlag.

Forskerne påførte derefter en kraft på midten af ​​sandwichen nedefra ved hjælp af en kile. "Dette gjorde det muligt for os at bøje stakken på en kontrolleret måde, og for at forlænge hele grafenlaget, " forklarede hovedforfatter Dr. Lujun Wang.

"Ved at strække grafenet tillod vi specifikt at ændre afstanden mellem kulstofatomerne, og dermed deres bindende energi, " tilføjede Dr. Andreas Baumgartner, der overvågede forsøget.

Ændrede elektroniske tilstande

Forskerne kalibrerede først strækningen af ​​grafen ved hjælp af optiske metoder. De brugte derefter elektriske transportmålinger til at studere, hvordan deformationen af ​​grafen ændrer de elektroniske energier. Målingerne skal udføres ved minus 269°C for at energiændringerne bliver synlige.

"Afstanden mellem atomkernerne påvirker direkte egenskaberne af de elektroniske tilstande i grafen, sagde Baumgartner, opsummerer resultaterne. "Med ensartet strækning, kun elektronens hastighed og energi kan ændre sig. Energiændringen er i bund og grund det 'skalære potentiale' forudsagt af teori, som vi nu har kunnet demonstrere eksperimentelt."

Disse resultater kan føre til, for eksempel, til udvikling af nye sensorer eller nye typer transistorer. Ud over, grafen fungerer som et modelsystem for andre todimensionelle materialer, der er blevet et vigtigt forskningsemne på verdensplan i de senere år.