(PhysOrg.com) -- Visste du att blyertspenna bara kan förändra världen? Grafen är det material från vilket grafit, kärnan i din penna nr 2, är gjord. Det är också det senaste "undermaterialet, " och kan bli elektronikindustrins nästa stora hopp för skapandet av extremt snabba elektroniska enheter. Forskare vid North Carolina State University har hittat en av de första vägspärrarna för att använda grafen genom att bevisa att dess konduktivitet minskar avsevärt när mer än ett lager är närvarande.

Graphens struktur är det som gör det lovande för elektronik. På grund av hur dess kolatomer är ordnade, dess elektroner är mycket rörliga. Mobila elektroner betyder att ett material ska ha hög konduktivitet. Men NC State fysiker Dr Marco Buongiorno-Nardelli och NC State el- och dataingenjör Dr Ki Wook Kim ville hitta ett sätt att studera beteendet hos "riktig" grafen och se om detta verkligen var fallet.

"Du kan prata om den elektroniska strukturen av grafen, men du måste tänka på att dessa elektroner inte existerar ensamma i materialet, säger Buongiorno-Nardelli. "Det finns föroreningar, och viktigast av allt, det finns vibrationer från atomerna i materialet. Elektronerna möter och interagerar med dessa vibrationer, och det kan påverka materialets konduktivitet."

Buongiorno-Nardelli, Kim och doktoranderna Kostya Borysenko och Jeff Mullen utvecklade en datormodell som skulle förutsäga den faktiska ledningsförmågan hos grafen, både som ett enda skikt och i en dubbelskiktsform, med två lager grafen som sitter ovanpå varandra. Det var viktigt att studera tvåskiktsmodellen eftersom faktiska elektroniska enheter inte kan fungera med endast ett enda lager av materialet närvarande.

"Du kan inte göra en halvledare med bara ett grafitlager, ” förklarar Buongiorno-Nardelli. "För att göra en enhet, det ledande materialet måste ha ett sätt med vilket det kan stängas av och på. Och dubbelskikt ger en sådan förmåga."

Med hjälp av högpresterande datorer på Oak Ridge National Laboratories, NC State-teamet upptäckte både bra och dåliga nyheter om grafen. Deras resultat visas som ett redaktörsförslag i 15 april-upplagan av Fysisk granskning B .

Med ett enda lager grafen, rörligheten – och därmed konduktiviteten – som visades av forskarnas simuleringar visade sig vara mycket högre än de ursprungligen trodde. Dessa goda nyheter var balanserade, dock, av resultaten från dubbelskiktstillståndet.

"Vi förväntade oss att elektronernas ledningsförmåga i tvåskiktsgrafen kunde vara något sämre, på grund av hur vibrationerna från atomerna i varje enskilt lager interagerar med varandra, säger Mullen. "Överraskande nog Vi fann att rörligheten för elektroner i tvåskiktsgrafen är ungefär en storleksordning lägre än i ett enda grafenark."

"Minskningen är betydande, men även detta reducerade antal är högre än i många konventionella halvledare, ”, tillägger Borysenko.

Buongiorno-Nardelli säger att NC State-forskarna riktar sin uppmärksamhet mot att åtgärda detta problem.

"Om vi ​​lägger grafenet på ett substrat som kan "häverta bort" en del av värmen som genereras av den elektriska strömmen, kristallvibrationerna kommer att minska och rörligheten ökar. Det är våra nästa steg – att köra simuleringarna med grafen och substrat som har den här egenskapen.”