(PhysOrg.com) -- I ricercatori del National Institute of Standards and Technology hanno dimostrato che le proprietà elettroniche di due strati di grafene variano su scala nanometrica. I nuovi sorprendenti risultati rivelano che non solo la differenza nella forza delle cariche elettriche tra i due strati varia tra gli strati, ma in realtà si invertono anche di segno per creare pozzanghere distribuite casualmente di cariche positive e negative alternate. Segnalato in Fisica della natura , le nuove misurazioni avvicinano il grafene all'utilizzo in dispositivi elettronici pratici.

Grafene, un singolo strato di atomi di carbonio, è apprezzato per le sue notevoli proprietà, non ultimo il modo in cui conduce gli elettroni ad alta velocità. Però, la mancanza di ciò che i fisici chiamano band gap, una soglia energetica che consente di accendere e spegnere un transistor, rende il grafene poco adatto per le applicazioni elettroniche digitali.

I ricercatori hanno saputo che il grafene a doppio strato, costituito da due strati sovrapposti di grafene, si comporta più come un semiconduttore quando immerso in un campo elettrico.

Secondo il ricercatore del NIST Nikolai Zhitenev, il band gap può anche formarsi da solo a causa di variazioni del potenziale elettrico dei fogli causate da interazioni tra gli elettroni di grafene o con il substrato (solitamente un non conduttore, o materiale isolante) su cui è posto il grafene.

Il collega del NIST Joseph Stroscio afferma che le loro misurazioni indicano che le interazioni con il materiale del substrato isolante disordinato causano pool di elettroni e lacune di elettroni (fondamentalmente, l'assenza di elettroni) a formarsi negli strati di grafene. Sia i "pool" di elettroni che quelli di lacune sono più profondi sullo strato inferiore perché è più vicino al substrato. Questa differenza nelle profondità della "piscina", o densità di carica, tra gli strati crea il modello casuale di cariche alternate e il gap di banda spazialmente variabile.

La manipolazione della purezza del substrato potrebbe fornire ai ricercatori un modo per controllare finemente il band gap del grafene e potrebbe infine portare alla fabbricazione di transistor a base di grafene che possono essere attivati ​​e disattivati ​​come un semiconduttore.

Ancora, come mostrato nel lavoro precedente del gruppo, mentre queste interazioni del substrato aprono la porta all'uso del grafene come materiale elettronico pratico, abbassano la finestra sulla velocità. Gli elettroni non si muovono altrettanto bene attraverso il grafene a doppio strato montato su substrato; però, questo può probabilmente essere compensato ingegnerizzando le interazioni grafene/substrato.

Il team di Stroscio prevede di esplorare ulteriormente il ruolo che i substrati possono svolgere nella creazione e nel controllo dei band gap nel grafene utilizzando diversi materiali di substrato. Se le interazioni del substrato possono essere ridotte abbastanza lontano, dice Stroscio, le proprietà quantistiche esotiche del grafene a doppio strato possono essere sfruttate per creare un nuovo transistor ad effetto di campo quantistico.