Forskare från London Centre for Nanotechnology (LCN) har upptäckt elektroniska ränder, kallas "laddningstäthetsvågor", på ytan av grafenarken som utgör en grafitisk supraledare. Detta är första gången dessa ränder har setts på grafen, och fyndet kommer sannolikt att ha djupgående konsekvenser för utnyttjandet av detta nyligen upptäckta material, som forskarna tror kommer att spela en nyckelroll i framtiden för nanoteknik. Fyndet rapporteras i Naturkommunikation , 29 november.

Grafen är ett material som består av ett enda ark av kolatomer bara en atom tjockt, och finns i märkena gjorda av en grafitpenna. Grafen har anmärkningsvärda fysikaliska egenskaper och har därför stor teknisk potential, till exempel, i genomskinliga elektroder för plattskärms-TV, i snabba energieffektiva transistorer, och i ultrastarka kompositmaterial. Forskare ägnar nu enorma ansträngningar för att förstå och kontrollera egenskaperna hos detta material.

LCN-teamet donerade extra elektroner till en grafenyta genom att glida kalciummetallatomer under den. Man skulle normalt förvänta sig att dessa extra elektroner skulle spridas jämnt på grafenytan, precis som olja sprider sig på vatten. Men genom att använda ett instrument känt som ett skanningstunnelmikroskop, som kan avbilda enskilda atomer, forskarna har funnit att de extra elektronerna ordnar sig spontant i nanometerskala ränder. Detta oväntade beteende visar att elektronerna kan ha ett eget liv som inte är direkt kopplat till de underliggande atomerna. Resultaten inspirerar till många nya riktningar för både vetenskap och teknik. Till exempel, de föreslår en ny metod för att manipulera och koda information, där binära nollor och ettor motsvarar ränder som löper från norr till söder och löper från öst till väst respektive.

Detta arbete är en del av ett pågående multidisciplinärt forskningsarbete om grafen vid LCN och följer på den ursprungliga upptäckten av supraledning i grafitsupraledaren CaC6 av Weller et al. publicerad i Nature Physics, doi:10.1038/nphys0010.

Professor Jan Zaanen vid Leiden University och vinnare av det prestigefyllda Spinozapriset för, bland annat, hans roll som förespråkare för randkonceptet för atomärt tunna material, kommenterade:"Denna upptäckt är ytterligare ett viktigt steg mot att demonstrera alla ränder, och det faktum att de förekommer i världens enklaste värd – det tvådimensionella nätverket av kolatomer som är grafen – betyder att mer fantastisk vetenskap och tillämpningar inte ligger långt efter."