Nonostante tutte le promesse del grafene come materiale per l'elettronica di prossima generazione e l'informatica quantistica, gli scienziati non sanno ancora abbastanza su questo conduttore ad alte prestazioni per controllare efficacemente una corrente elettrica.

Grafene, uno strato di carbonio dello spessore di un atomo, conduce l'elettricità in modo così efficiente che gli elettroni sono difficili da controllare. E il controllo sarà necessario prima che questo meraviglioso materiale possa essere utilizzato per realizzare transistor su nanoscala o altri dispositivi.

Un nuovo studio condotto da un gruppo di ricerca dell'Università del Wisconsin-Milwaukee (UWM) aiuterà. Il gruppo ha identificato nuove caratteristiche del trasporto di elettroni in un foglio bidimensionale di grafene stratificato sopra un semiconduttore.

I ricercatori hanno dimostrato che quando gli elettroni vengono reindirizzati all'interfaccia del grafene e del suo substrato semiconduttore, incontrano quella che è conosciuta come una barriera Schottky. Se è abbastanza profondo, gli elettroni non passano, a meno che non venga rettificato applicando un campo elettrico, un meccanismo promettente per accendere e spegnere un dispositivo a base di grafene.

Il gruppo ha inoltre riscontrato però, un'altra caratteristica del grafene che influisce sull'altezza della barriera. Le increspature intrinseche si formano sul grafene quando viene posizionato sopra un semiconduttore.

Il gruppo di ricerca, guidato da Lian Li e Michael Weinert, professori di fisica UWM, e lo studente laureato di Li Shivani Rajput, hanno condotto il loro esperimento con il carburo di silicio semiconduttore. I risultati sono stati pubblicati nel numero del 21 novembre di Comunicazioni sulla natura .

Le increspature sono analoghe all'ondulazione di un foglio di carta che è stato bagnato e poi asciugato. Tranne in questo caso, osserva Weinert, lo spessore della lastra è inferiore a un nanometro (un miliardesimo di metro).

"Il nostro studio dice che le increspature influenzano l'altezza della barriera e anche se c'è una piccola variazione in essa, i risultati saranno un grande cambiamento nel trasporto di elettroni, "dice Li.

La barriera deve essere della stessa altezza su tutto il telo per garantire che la corrente sia accesa o spenta, Aggiunge.

"Questo è un ammonimento, "dice Weinert, i cui calcoli hanno fornito l'analisi teorica. "Se utilizzerai il grafene per l'elettronica, incontrerai questo fenomeno che dovrai progettare intorno."

Con molteplici condizioni che interessano la barriera, è necessario più lavoro per determinare quali semiconduttori sarebbero più adatti da utilizzare per progettare un transistor con grafene.

Il lavoro presenta anche opportunità. La capacità di controllare le condizioni che incidono sulla barriera consentirà la conduzione in tre dimensioni, piuttosto che lungo un semplice piano. Questa conduzione 3D sarà necessaria agli scienziati per creare nanodispositivi più complicati, dice Weinert.