Il grafene, un singolo strato di atomi di carbonio racchiusi in un reticolo esagonale, ha una serie di proprietà interessanti grazie alla sua geometria bidimensionale. Esso ha, per una cosa, buona conduttività elettrica che è di interesse per le applicazioni elettroniche ad alta velocità. Seng Ghee Tan dell'A*STAR Data Storage Institute e i colleghi della National University of Singapore hanno ora dimostrato che il grafene ha ulteriori applicazioni nell'archiviazione dei dati magnetici. Hanno sviluppato un metodo per misurare i campi magnetici rilevando i cambiamenti nella resistenza elettrica del grafene. “I risultati potrebbero aprire nuove strade nello sviluppo di sensori di campo magnetico miniaturizzati, "dice Tan.

Gli elettroni si muovono all'interno del grafene quasi senza alcun ostacolo da parte degli atomi del foglio di carbonio bidimensionale. Questa buona proprietà di trasporto è di interesse per lo sviluppo di sensori di campo magnetico perché la variazione del trasporto di carica in presenza di un campo magnetico può portare a una variazione misurabile della resistenza elettrica. Sfortunatamente, in dispositivi precedenti le eccitazioni termiche degli elettroni a temperatura ambiente hanno dominato su questo effetto di magnetoresistenza e finora hanno ostacolato l'uso del grafene per questo scopo.

Per affrontare questo problema, Tan e colleghi hanno utilizzato un dispositivo a transistor realizzato con nanonastri di grafene (vedi immagine). A differenza dei fogli di grafene convenzionali, la restrizione geometrica dei nanonastri porta ad un gap negli stati elettronici (bandgap) dei nastri, che li rende semiconduttori simili al silicio.

Il transistor nanoribbon modifica il bandgap in modo da impedire il flusso di cariche elettriche attraverso il dispositivo (alta resistenza). Un campo magnetico, però, fa chiudere la banda proibita dei nanonastri, in modo che le cariche elettriche ora possano viaggiare liberamente attraverso il dispositivo (bassa resistenza). Globale, i ricercatori sono stati in grado di modificare la resistenza elettrica di oltre un fattore mille variando il campo magnetico da zero a cinque tesla. Inoltre, il bandgap elettronico nello stato spento era sufficientemente grande, quindi le eccitazioni termiche degli elettroni erano minime.

“Potremmo sopprimere considerevolmente il rumore a causa della barriera energetica del dispositivo, "dice Tan. “Di conseguenza, abbiamo maggiori possibilità di fornire un segnale ad alta magnetoresistenza anche a temperatura ambiente.”

Per applicazioni commerciali, però, potrebbero essere necessarie ulteriori ricerche, poiché la fabbricazione dei dispositivi rimane impegnativa. La larghezza dei nanonastri di grafene è di soli 5 nanometri, che è inferiore alla dimensione caratteristica delle attuali strutture di transistor commerciali. Tuttavia, le impressionanti prestazioni del dispositivo ottenute in laboratorio dimostrano chiaramente il potenziale del grafene anche per le applicazioni magnetiche.