Il grafene - uno strato spesso un atomo del materiale contenuto nelle matite - è un conduttore migliore del rame ed è molto promettente per i dispositivi elettronici, ma con un problema:gli elettroni che si muovono attraverso di essa non possono essere fermati.

Fino ad ora, questo è. Gli scienziati della Rutgers University-New Brunswick hanno imparato a domare gli elettroni ribelli nel grafene, aprendo la strada al trasporto ultraveloce di elettroni con bassa perdita di energia in nuovi sistemi. Il loro studio è stato pubblicato online in Nanotecnologia della natura .

"Questo dimostra che possiamo controllare elettricamente gli elettroni nel grafene, " ha detto Eva Y. Andrei, Professore del Board of Governors nel Dipartimento di Fisica e Astronomia di Rutgers presso la School of Arts and Sciences e autore senior dello studio. "Nel passato, non potremmo farlo. Questo è il motivo per cui la gente pensava che non si potessero realizzare dispositivi come i transistor che richiedono la commutazione con il grafene, perché i loro elettroni si scatenano."

Ora potrebbe diventare possibile realizzare un transistor su nanoscala al grafene, ha detto Andrea. Finora, i componenti elettronici del grafene includono amplificatori ultraveloci, supercondensatori e cavi a bassissima resistività. L'aggiunta di un transistor al grafene sarebbe un passo importante verso una piattaforma elettronica interamente in grafene. Altre applicazioni basate sul grafene includono sensori chimici e biologici ultrasensibili, filtri per la desalinizzazione e purificazione dell'acqua. Il grafene viene sviluppato anche in schermi piatti flessibili, e circuiti elettronici verniciabili e stampabili.

Il grafene è uno strato nano-sottile della grafite a base di carbonio con cui scrivono le matite. È molto più forte dell'acciaio e un ottimo conduttore. Ma quando gli elettroni si muovono attraverso di essa, lo fanno in linea retta e la loro alta velocità non cambia. "Se colpiscono una barriera, non possono tornare indietro, quindi devono passare attraverso di essa, " ha detto Andrei. "La gente ha cercato di controllare o domare questi elettroni".

Il suo team è riuscito a domare questi elettroni selvaggi inviando tensione attraverso un microscopio ad alta tecnologia con una punta estremamente affilata, anche la dimensione di un atomo. Hanno creato quello che assomiglia a un sistema ottico inviando tensione attraverso un microscopio a scansione a effetto tunnel, che offre viste 3D di superfici su scala atomica. La punta affilata del microscopio crea un campo di forza che intrappola gli elettroni nel grafene o ne modifica le traiettorie, simile all'effetto che una lente ha sui raggi luminosi. Gli elettroni possono essere facilmente intrappolati e rilasciati, fornendo un efficiente meccanismo di commutazione on-off, secondo Andrea.

"Puoi intrappolare gli elettroni senza fare buchi nel grafene, " ha detto. "Se cambi il voltaggio, puoi liberare gli elettroni. Così puoi prenderli e lasciarli andare a piacimento."

Il passo successivo sarebbe quello di aumentare le dimensioni inserendo fili estremamente sottili, chiamati nanofili, sopra il grafene e controllando gli elettroni con tensioni, lei disse.