Onderschat golvend grafeen niet: unieke elektronica mogelijk gemaakt door golvende patronen die elektronen kanaliseren

Leg wat grafeen op een golvend oppervlak en je krijgt een gids voor een mogelijke toekomst van tweedimensionale elektronica.

Wetenschappers van Rice University brachten het idee naar voren dat het groeien van atoomdik grafeen op een zacht gestructureerd oppervlak pieken en dalen in de platen creëert die ze in “pseudo-elektromagnetische” apparaten veranderen.

De kanalen creëren hun eigen minuscule maar detecteerbare magnetische velden. Volgens een onderzoek door materiaaltheoreticus Boris Yakobson, alumnus Henry Yu en onderzoekswetenschapper Alex Kutana aan de George R. Brown School of Engineering van Rice, zouden deze optische apparaten op nanoschaal zoals convergerende lenzen of collimators kunnen vergemakkelijken.

Hun studie verschijnt in de American Chemical Society’s Nano-letters.

Ze beloven ook een manier om een ​​Hall-effect te bereiken – een spanningsverschil over het sterk geleidende grafeen – dat valleytronics-toepassingen zou kunnen vergemakkelijken die manipuleren hoe elektronen worden gevangen in “dalen” in een elektronische bandstructuur.

Valleytronics is gerelateerd aan spintronica, waarbij de geheugenbits van een apparaat worden bepaald door de kwantumspintoestand van een elektron. Maar in valleytronics hebben elektronen vrijheidsgraden in de meerdere impulstoestanden (of valleien) die ze innemen. Deze kunnen ook als bits worden gelezen.

Dit is allemaal mogelijk omdat grafeen, hoewel het misschien wel een van de sterkste bekende structuren is, buigzaam genoeg is omdat het tijdens chemische dampafzetting aan een oppervlak hecht.

“Substraatbeeldhouwen zorgt voor vervorming, wat op zijn beurt de materiële elektronische structuur verandert en de optische respons of elektrische geleidbaarheid verandert”, zegt Yu, nu een postdoctoraal onderzoeker aan het Lawrence Livermore National Laboratory. “Voor scherpere eigenschappen van het substraat die verder gaan dan de plooibaarheid van het materiaal, kan men defecte plaatsingen in de materialen ontwerpen, waardoor de materiaaleigenschappen nog drastischer veranderen.”

Yakobson vergeleek het proces met het deponeren van een vel grafeen op een eierkist. De hobbels in de kist vervormen het grafeen en belasten het op een manier die een elektromagnetisch veld creëert, zelfs zonder elektrische of magnetische invoer.

“De eindeloze ontwerpen van substraatvormen zorgen voor talloze optische apparaten die kunnen worden gemaakt, waardoor 2D-elektronenoptica mogelijk wordt”, zei Yakobson. “Deze technologie is een nauwkeurige en efficiënte manier om materiële dragers in 2D elektronische apparaten te verzenden, vergeleken met traditionele methoden.”