Dalla scoperta del grafene, un grande futuro è stato previsto per il materiale, che è forte e altamente conduttivo. Solo uno strato di atomo di carbonio spesso, il grafene può portare a una nuova elettronica. Gli esempi includono elettronica stampabile e flessibile, touch screen e OLED. Per questo, l'interazione con altri materiali è necessaria, però. Il dottorando Menno Bokdam dell'Istituto MESA+ per le nanotecnologie dell'Università di Twente ha esaminato ciò che accade all'interfaccia con altri materiali e quindi avvicina ulteriormente l'elettronica al grafene. Difenderà la sua tesi di dottorato il 15 novembre.

Il grafene è stato soprannominato un "materiale miracoloso" quando Andre Geim e Konstantin Novoselov hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica nel 2010. Il carbonio è estremamente sottile, ha una struttura in filo di pollo, e può condurre molto bene gli elettroni. Ma come si comporta a contatto con un altro materiale di struttura simile, come il nitruro di boro? Cosa succede se lo strato di nitruro di boro viene inserito tra uno strato di rame e uno strato di grafene? La conoscenza delle interfacce è fondamentale se si desidera progettare l'elettronica.

'Gap' o no?

Bokdam ha eseguito calcoli dettagliati sulla teoria della struttura elettronica del grafene sul nitruro di boro. Questo materiale è anche molto sottile e ha quasi esattamente la stessa struttura del filo di pollo, ma differisce dal grafene perché non conduce elettricità. messi uno sopra l'altro, si può osservare una ridistribuzione degli elettroni nel grafene. Questo crea uno schema di elettroni e "buchi", come una sorta di motivo moiré che si vede anche quando due barre scorrono l'una sull'altra. Se l'angolo tra le due strutture mesh è scelto con precisione, si rivela anche un 'gap':un abisso tra stati energetici occupati e non occupati. Un elettrone deve superare questo abisso per condurre elettricità:una caratteristica distintiva di un semiconduttore. C'è un dibattito mondiale sull'esistenza o meno del 'gap':una precedente pubblicazione MESA+ su questo argomento è uno dei documenti più citati dell'istituto. Bokdam ora propone che il divario non si presenti quando grafene e nitruro di boro sono posti uno sopra l'altro con un angolo casuale, ma si verifica quando vengono ruotati con precisione l'uno rispetto all'altro.

Mondo esterno

E se sul rame venisse applicata la combinazione grafene/nitruro di boro per il contatto con il mondo esterno? In quel caso, una distribuzione di carica, un cosiddetto strato di dipolo, si forma anche sull'interfaccia tra rame e nitruro di boro. Poiché lo strato di nitruro di boro è ultrasottile, la carica è in grado di "tunnel" attraverso il nitruro di boro, anche se non conduce elettricità. Lo strato di dipolo ha una grande influenza sul numero di elettroni tunnel. Scegliendo un metallo adatto e applicando un campo elettrico, la concentrazione dei portatori di carica nel grafene e quindi la conduzione attraverso il grafene può essere influenzata.

Ha così sviluppato una comprensione dell'interazione tra diversi materiali bidimensionali e con i metalli. I risultati sono importanti per la progettazione di componenti elettronici basati sul grafene e altri materiali 2D.