(Phys.org) —Solo un atomo di spessore, 200 volte più resistente dell'acciaio e un conduttore quasi perfetto, il futuro del grafene nell'elettronica è tutt'altro che certo. Ma per rendere utile questo supermateriale di carbonio, deve essere un semiconduttore, un materiale che può passare dallo stato isolante a quello conduttivo, che costituisce la base per tutta l'elettronica di oggi.

Combinando esperimento e teoria, I ricercatori di Cornell hanno fatto un passo avanti per rendere il grafene un utile, materiale controllabile. Hanno dimostrato che quando sono cresciuti in strati sovrapposti, il grafene produce alcuni difetti specifici che ne influenzano la conducibilità.

Dal lato dell'esperimento, un gruppo di ricerca ha ripreso e analizzato la struttura e il comportamento di fogli di grafene impilati uno sopra l'altro, chiamato grafene a doppio strato. Il gruppo, pubblicazione online 24 giugno in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , include Paul McEuen, il Professore di Fisica Goldwin Smith e direttore del Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science; David Muller, professore di fisica applicata e ingegneristica e condirettore di Kavli; e Parco Jiwoong, professore associato di chimica e biologia chimica e membro di Kavli.

Hanno mostrato che invece di fogli piatti di atomi di carbonio ripetuti disposti come filo di pollo, quando il grafene cresce a strati, si increspa, come un tappeto da parete a parete che supera le dimensioni della stanza. queste increspature, chiamati solitoni, sono come autostrade elettriche che consentono agli elettroni di sparare da un'estremità all'altra del foglio. Il resto del grafene non increspato, quando impilato, è semiconduttore.

In precedenza, i teorici avevano predetto che il grafene a doppio strato sarebbe uniformemente semiconduttore quando impilato e sfalsato - il modo in cui si impilerebbe un foglio di palle da biliardo se le palle (atomi) fossero annidate negli spazi intermedi. Ma la teoria non ha funzionato, ei ricercatori della Cornell ora sostengono che è a causa dei solitoni.

"La gente pensava che il grafene fosse perfettamente accatastato ovunque, ma in verità ha questi buffi solitoni strutturali che danno origine all'elettronica, canali unidimensionali, " ha detto McEuen. "Tutte queste complessità si nascondevano".

Un gruppo di ricerca separato guidato da Eun-Ah Kim, professore assistente di fisica, ha pubblicato un articolo la stessa settimana in Revisione fisica X che descrive la matematica e la teoria alla base delle proprietà elettriche dei solitoni e come si inseriscono nell'immagine del grafene a doppio strato studiata dalla collaborazione di McEuen.

"Idealmente, vorremmo controllare il grafene, " disse Kim. "Vorremmo sbarazzarci dei solitoni, o forse vorremmo fare un ben controllato, un'autostrada elettrica unidimensionale ma non ne ho così tante. Se scopriamo come controllare il grafene, controllare dove sono i solitoni, possiamo aprire nuovi modi per controllare il grafene a doppio strato".

Il giornale guidato da McEuen, "Strain Solitons e difetti topologici nel grafene a doppio strato, " includeva il lavoro degli studenti laureati Jonathan Alden, Wei Tsen e Pinshane Huang. È stato sostenuto dall'Air Force Office of Scientific Research e dalla National Science Foundation.

Il giornale guidato da Kim, "Stati limite topologici a un limite di inclinazione nel grafene multistrato con gate, " incluso il lavoro dell'associato postdottorato Abolhassan Vaezi, studente laureato Darryl Ngai, e Yufeng Liang e Li Yang della Washington University. Il loro lavoro è stato sostenuto anche dalla National Science Foundation, compresa una borsa di studio NSF CARRIERA.