NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2014/elektronen-in-grafeen-praten-met-elkaar-nr-101/

Geprint op :
11 december 2018
16:17:14

Een team van onderzoekers uit Nijmegen en Manchester hebben laten zien dat de elektronen in transistors en condensators van grafeen onderlinge wisselwerkingen vertonen. Tot nu toe gooide de omgeving roet in het eten.

Grafeen, de in 2004 ontdekte tweedimensionale vorm van koolstof, is een elektrisch geleidend materiaal met verbazingwekkende eigenschappen. Deze eigenschappen komen echter pas tevoorschijn bij een hoge zuiverheid van het materiaal. Dankzij de enorme technologische vooruitgang in de laatste jaren kunnen wetenschappers nu op grafeen gebaseerde transistors en condensators produceren met een extreem hoge zuiverheid. De eigenschappen van deze transistors en condensators worden dan niet meer door de wisselwerking van de elektronen met de omgeving bepaald, maar voornamelijk door de wisselwerking tussen de elektronen onderling.

Flinterdun
Dit subtiele effect is recent zichtbaar gemaakt in het High Field Magnet Laboratory (HFML) in Nijmegen, een samenwerkingsverband tussen FOM en de Radboud Universiteit. Onderzoekers uit Nijmegen en Manchester hebben de elektrische weerstand van grafeentransistors en de capaciteit van grafeencondensators gemeten. De transistors en condensators bestaan uit enkele atomaire lagen geleidend grafeen tussen twee flinterdunne isolerende vlokjes boornitriet. De gebruikte uitgangsmaterialen zijn zo zuiver dat de elektronen in grafeen zich zonder hinder van de omgeving kunnen verplaatsen. Daardoor verschijnen de interacties tussen de individuele elektronen.

Sterke magneet, lage temperatuur
De onderzoekers plaatsten de transistor in een sterk magneetveld. Ze zagen vervolgens oscillaties van de weerstand. Toen ze hetzelfde met condensators deden, namen ze ook oscillaties waar in de capaciteit. De verklaring is dat de elektronen zich rangschikken in discrete energietoestanden, de zogenaamde Landau levels. Dit is nog verklaarbaar met een simpel enkel-elektronmodel zonder wisselwerking tussen individuele elektronen. Echter, bij een magneetveld tussen 10 en 35 Tesla en een temperatuur van minder dan één graad boven het absolute nulpunt, begon de elektroneninteractie roet in het eten te gooien. De Landau levels splitsen op en extra oscillaties verschenen.

Toepassing op termijn
Deze experimenten hebben voornamelijk betekenis voor de fundamentele eigenschappen van ultrazuivere grafeendevices. De wetenschappers willen de wisselwerking tussen de elektronen nog beter begrijpen en controleren. Daarna zijn er op termijn toepassingen denkbaar in nieuwe elektronica.