De nobelprisbelönta forskarna professor Andre Geim och professor Kostya Novoselov har tagit ett stort steg framåt i att studera undermaterialet grafen och avslöja dess spännande elektroniska egenskaper för framtida elektroniska tillämpningar.

Skriver i journalen Vetenskap , akademikerna, som upptäckte världens tunnaste material vid University of Manchester 2004, har avslöjat mer om de elektroniska egenskaperna hos sin lite fetare kusin – tvåskiktsgrafen.

Forskarna, från universiteten i Manchester, Lancaster (Storbritannien), Nijmegen (Nederländerna) och Moskva (Ryssland), har studerat i detalj effekten av interaktioner mellan elektroner på de elektroniska egenskaperna hos tvåskiktsgrafen.

De använde extremt högkvalitativa tvåskiktsgrafenenheter som framställs genom att suspendera ark av materialet i vakuum. På så sätt kan de flesta oönskade spridningsmekanismerna för elektroner i grafen elimineras, vilket förstärker effekten av elektron-elektroninteraktion.

Det senare kan ses som starka förändringar i det elektroniska lågenergispektrumet – det blir starkt anisotropt, eller riktningsberoende. Detta är den första effekten i sitt slag där växelverkan mellan elektroner i grafen tydligt kan ses.

Anledningen till sådana unika elektroniska egenskaper är att kvasipartiklar (elektroner och hål, som bär elektrisk ström) i detta material skiljer sig mycket från dem i andra metaller. De har kiral symmetri (en symmetri mellan elektroner och hål) av den sort som finns mellan partiklar och antipartiklar i högenergifysik.

På grund av sådana egenskaper kallas grafenbaserade material ibland för "CERN på ett skrivbord" - med hänvisning till Large Hadron Collider i Schweiz. Detta är bara en av anledningarna till att de elektroniska egenskaperna är särskilt spännande och ofta ger överraskningar.

Professor Geim och professor Novoselovs banbrytande arbete gav dem Nobelpriset i fysik 2010 för "banbrytande experiment angående det tvådimensionella materialet grafen".

Paret, som har arbetat tillsammans i mer än ett decennium sedan professor Novoselov var professor Geims doktorand, brukade ägna varje fredagskväll åt "out of the box"-experiment som inte är direkt kopplade till deras huvudsakliga forskningsämnen.

En fredag, de använde tejp för att dra bort lager av kol från en bit grafit, och lämnades med en enda atom tjock, tvådimensionell film av kol – grafen.

Grafen är ett nytt tvådimensionellt material som kan ses som ett monolager av kolatomer ordnade i ett hexagonalt gitter. När två lager av grafen är bundna på ett visst sätt, de bildar tvåskiktsgrafen – ett mycket intressant och ovanligt material i sig.

Både grafen och tvåskiktsgrafen har ett antal unika egenskaper, som extremt höga elektron- och värmeledningsförmåga på grund av mycket höga elektronhastigheter och hög kvalitet på kristallerna, samt mekanisk hållfasthet.

Professor Novoselov sa:"Tekniken för grafenproduktion mognar dag för dag, som har en omedelbar inverkan både på den typ av spännande fysik som vi hittar i detta material, och om genomförbarheten och omfattningen av möjliga tillämpningar." Professor Geim tillade:"Högkvalitativt dubbelskiktsgrafen är verkligen ett spännande material i sig, och det har verkligen sin egen nisch inom applikationer."