(PhysOrg.com) -- Transistorer och informationslagringsenheter blir mindre och mindre. Men, att bli så liten som nanoskalan, forskare måste förstå hur bara ett fåtal atomer av metaller beter sig när de avsätts på en yta.

Fysiker vid U.S. Department of Energy's Ames Laboratory studerar interaktionen mellan material som är lovande för användning i nanoskalaelektronik:grafen och olika typer av metaller. Teamet har upptäckt att de sällsynta jordartsmetallerna dysprosium och gadolinium reagerar starkt med grafen, medan bly inte gör det.

Michael C. Tringides, en senior fysiker i Ames Laboratory, och kollegor Myron Hupalo, en forskare från Ames Laboratory, och Steven Binz, en doktorand i fysik, avsatt några atomer av bly eller sällsynta jordartsmetaller på ytan av grafen, ett enatoms tjockt lager av kol. I en process som kallas självmontering, atomerna rör sig på egen hand och bildar öar eller jämna filmer på grafen. Tringides och teamet använde sedan skanningstunnelmikroskopi för att studera öarnas geometri.

"Vi ville förstå hur atomerna diffunderar, särskilt hur snabbt, sa Tringides. "I det här fallet, blyatomerna rörde sig snabbt när vi kylde ner dem, medan dysprosium rörde sig långsamt, även efter att vi värmt upp dem.”

Hur snabbt eller långsamt atomerna rör sig och bildar öar ger insikt i hur varje material interagerar, eller delar elektroner, med grafen.

"Om atomerna rör sig snabbt, det betyder att du inte har stark interaktion, " sa han. "Det är som hockeypuckar som skummar med på en isbana. Det finns lite interaktion."

När det gäller dysprosium, de långsamt rörliga atomerna tyder på att metallen reagerar starkt med grafen. Gadolinium har en ännu starkare interaktion. Interaktionen är betydande eftersom att utnyttja grafenens potential i elektronik kommer att kräva att metaller fästs på grafen för att leda elektricitet.

"Förhoppningen är att grafen kan användas för supersnabba transistorer, sa Tringides. "Vårt arbete är relevant för detta eftersom när du lägger metall på grafen, du vill ha mycket bra kontakt, så det elektriska motståndet är lågt."

Tringides säger också att öarna med sällsynta jordartsmetaller på grafen är små magneter.

"Det visade sig att dessa öar var bra nanomagneter på grafen, sa Tringides. "Du har en mycket hög densitet av nanomagneter. Järn har också en liknande hög ö-densitet. Detta kan vara användbart i framtiden för att använda metaller på grafen i datorns minne.

Ames Laboratory teoretiska fysiker C.Z. Wang och Kai-Ming Ho samarbetade i forskningen, använda beräkningar för att bekräfta de experimentella resultaten om bindningarna mellan grafen och de studerade metallerna.

"Dessa fynd är intressanta för både den grundläggande fysiken och på grund av den potentiella användbarheten, sa Tringides. "När du säger 'nano, ’ du kan göra mycket av något i liten storlek. Och det kan vara mycket fördelaktigt för något som magnetiskt datorminne."

DOE:s Office of Science finansierade forskningen, som har rapporterats i tidskriften Avancerade material .