(Phys.org) — Piccoli nanonastri di carbonio potrebbero essere usati per realizzare un sensore di campo magnetico per nuovi dispositivi elettronici.

I ricercatori di Singapore hanno progettato un interruttore elettronico che risponde ai cambiamenti in un campo magnetico1. Il dispositivo si basa sul grafene, uno strato conduttore di elettricità forte e flessibile di atomi di carbonio disposti a nido d'ape.

Seng Ghee Tan dell'A*STAR Data Storage Institute, insieme ai colleghi della National University of Singapore, utilizzato modelli teorici per prevedere le proprietà del dispositivo proposto, noto come transistor ad effetto di campo magnetico.

Il transistor è basato su due nanonastri di grafene, ciascuno largo poche decine di nanometri, che sono uniti da un capo all'altro. Gli atomi lungo i bordi di questi nanonastri sono disposti in una configurazione a "poltrona", un modello che ricorda i merli dentellati delle mura del castello. Se questi bordi fossero a zigzag, però, il materiale avrebbe proprietà elettriche diverse.

Uno dei nanonastri nel transistor del team funge da conduttore metallico che consente agli elettroni di fluire liberamente; l'altro, leggermente più ampio, il nanoribbon è un semiconduttore. In condizioni normali, gli elettroni non possono viaggiare da un nanonastro all'altro perché le loro funzioni d'onda quantistiche - la probabilità di dove si trovano gli elettroni all'interno dei materiali - non si sovrappongono.

Un campo magnetico, però, deforma la distribuzione degli elettroni, cambiando le loro funzioni d'onda fino a quando non si sovrappongono e consentendo alla corrente di fluire da un nanonastro all'altro. L'utilizzo di un campo esterno per modificare la resistenza elettrica di un conduttore in questo modo è noto come effetto magnetoresistenza.

Il team ha calcolato come gli elettroni viaggeranno nei nanonastri sotto l'influenza di un campo magnetico di 10 tesla, l'equivalente approssimativo di quello prodotto da un grande magnete superconduttore, a una gamma di temperature diverse.

Tan e colleghi hanno scoperto che campi magnetici più grandi consentivano il flusso di più corrente, e l'effetto era più pronunciato a temperature più basse. A 150 Kelvin, Per esempio, il campo magnetico induceva un effetto di magnetoresistenza molto grande e la corrente scorreva liberamente. A temperatura ambiente, l'effetto è leggermente diminuito ma ha comunque consentito una corrente considerevole. A 300 Kelvin, l'effetto magnetoresistenza era circa la metà più forte.

I ricercatori hanno anche scoperto che con l'aumentare della tensione attraverso i nanonastri, gli elettroni avevano energia sufficiente per farsi strada attraverso l'interruttore e l'effetto di magnetoresistenza diminuiva.

Altri ricercatori hanno recentemente prodotto nanonastri di grafene con bordi atomicamente precisi, simili a quelli del progetto proposto. Tan e i suoi colleghi suggeriscono che se fossero state utilizzate tecniche di produzione simili per costruire il loro dispositivo, le sue proprietà potrebbero avvicinarsi a corrispondere alle loro previsioni teoriche.