(Phys.org)—Una collaborazione guidata dai ricercatori del NIST Center for Nanoscale Science and Technology ha dimostrato per la prima volta che i portatori di carica nel grafene continuano a comportarsi come particelle prive di massa, come fotoni, su intervalli più ampi di densità ed energia rispetto a quelli misurati o modellati in precedenza.

Grafene, un singolo strato di atomi di carbonio, è un materiale di grande interesse scientifico e tecnologico anche perché conduce elettroni ad alta velocità. Però, affinché il grafene mantenga la sua promessa come componente dei futuri dispositivi elettronici, è importante capire a un livello fondamentale come interagiscono tra loro i portatori di carica nel materiale. I ricercatori hanno utilizzato misurazioni della spettroscopia a effetto tunnel di scansione dei livelli di energia quantistica magnetica dei portatori di carica di grafene per determinare le variazioni di velocità dei portatori di carica.

Utilizzando una tecnica sviluppata dal CNST chiamata "spettroscopia di tunneling a scansione di gate mapping, " i ricercatori hanno misurato i livelli di energia mentre cambiavano la densità dei portatori nel grafene applicando potenziali diversi tra un cancello conduttivo e il foglio di grafene bidimensionale. Hanno stabilito che i portatori di grafene mantengono una relazione proporzionale tra energia e quantità di moto, un caratteristica della "dispersione lineare" delle particelle prive di massa, attraverso una gamma inaspettatamente ampia di energie e densità, dagli elettroni alle lacune. Sono stati anche in grado di dimostrare che quando la densità dei portatori nel grafene si abbassa, l'effetto di ciascun elettrone sugli altri elettroni aumenta, con conseguente velocità più elevata del previsto.

Questi risultati sorprendenti sono importanti sia per comprendere la fisica dei futuri dispositivi al grafene sia perché aiuteranno a guidare lo sviluppo di modelli teorici più accurati delle interazioni tra gli elettroni nei sistemi bidimensionali.