_ Electronică cuantică: încărcarea călătorește ca lumina în grafenul cu două straturi

O echipă internațională de cercetare condusă de Universitatea din Göttingen a demonstrat experimental că electronii din grafenul cu două straturi naturale se mișcă ca niște particule fără masă, în același mod în care se deplasează lumina. Mai mult, ei au arătat că curentul poate fi „pornit și oprit”, ceea ce are potențialul de a dezvolta tranzistoare mici, eficiente din punct de vedere energetic, cum ar fi întrerupătorul de lumină din casa ta, dar la o scară nanometrică.

Massachusetts Institutul de Tehnologie (MIT), SUA, și Institutul Național pentru Știința Materialelor (NIMS), Japonia, au fost, de asemenea, implicați în cercetare. Rezultatele au fost publicate în Nature Communications.

Grafenul a fost identificat în 2004 și este un singur strat de atomi de carbon. Printre numeroasele sale proprietăți neobișnuite, grafenul este cunoscut pentru conductivitatea sa electrică extraordinar de ridicată datorită vitezei mari și constante a electronilor care călătoresc prin acest material. Această caracteristică unică i-a făcut pe oamenii de știință să viseze să folosească grafenul pentru tranzistoare mult mai rapide și mai eficiente din punct de vedere energetic.

Provocarea a fost aceea că pentru a realiza un tranzistor, materialul trebuie controlat pentru a avea o stare de izolare ridicată în pe lângă starea sa foarte conductivă. În grafen, totuși, o astfel de „comutație” a vitezei purtătorului nu poate fi realizată cu ușurință. De fapt, grafenul nu are de obicei o stare izolatoare, ceea ce are potențialul limitat al grafenului ca tranzistor.

Echipa Universității Göttingen a descoperit acum că două straturi de grafen, așa cum se găsesc în forma naturală a grafenului cu două straturi, combină tot ce este mai bun din ambele lumi: o structură care susține mișcarea uimitor de rapidă a electronilor care se mișcă ca lumina ca și când nu ar avea masă, pe lângă o stare izolatoare. Cercetătorii au arătat că această condiție poate fi schimbată prin aplicarea unui câmp electric aplicat perpendicular pe material, făcând grafenul cu strat dublu izolator.

Această proprietate a electronilor cu mișcare rapidă fusese teoretic prezisă încă de la începutul anului. ca în 2009, dar a fost nevoie de o calitate semnificativ îmbunătățită a eșantionului, deoarece mi-a permis materialele furnizate de NIMS și o colaborare strânsă în materie de teorie cu MIT, înainte de a fi posibil să identific acest lucru experimental. În timp ce aceste experimente au fost efectuate la temperaturi criogenice — la aproximativ 273° sub punctul de îngheț — ele arată potențialul grafenului cu două straturi de a face tranzistori extrem de eficienți.

„Noi eram deja conștienți de teorie. Cu toate acestea, acum am au efectuat experimente care arată de fapt dispersia luminii a electronilor în grafenul bistrat. A fost un moment foarte interesant pentru întreaga echipă”, spune profesorul Thomas Weitz, de la Facultatea de Fizică a Universității Göttingen.

Dr. . Anna Seiler, cercetător postdoctoral și prim autoare de asemenea la Universitatea Göttingen, adaugă: „Lucrarea noastră este în mare măsură un prim pas, dar unul crucial. Următorul pas pentru cercetători va fi să vadă dacă grafenul cu două straturi poate îmbunătăți cu adevărat tranzistoarele sau să investigheze potențialul. a acestui efect în alte domenii ale tehnologiei.”

(Fluierul)