Forskning av professor Uli Zuelicke vid Victoria University bidrar till den globala kapplöpningen för att frigöra grafenens potential, ett nytt material hämtat från grafit som forskare säger skulle kunna vara en game changer för nya elektroniska applikationer.
Grafen är ett ark av kolatomer som är ordnade i ett hårt bundet hexagonalt gitter. Små fragment av det produceras när grafit slits bort, som när man ritar en linje med en penna, och den har nästan mirakulösa egenskaper.
Det atomtjocka lagret av grafen är det starkaste materialet som någonsin uppmätts samt det tunnaste (tre miljoner ark grafen ovanpå varandra skulle vara bara 1 mm tjocka) och det styvare. Det är en exceptionell ledare av värme och elektricitet och absorberar bara cirka 2,3 procent av ljuset som passerar genom den, gör det transparent.
Forskare visade först att enstaka lager av grafen kunde isoleras 2004 och upptäckarna tilldelades Nobelpriset i fysik 2010.
Materialet har utpekats som en möjlig ersättning för kisel och en väg till en mängd snabbare, billigare enheter inklusive framtidens pekskärmar. En viktig fördel med att göra pekskärmar av grafen är att man eliminerar behovet av att använda indium, som är en sällsynt metall som saknas.
"Grafen kan göras av kol, säger professor Zuelicke, "som är ett av de mest allmänt förekommande elementen på jorden."
Men, han säger, grafens unika egenskaper har hittills till stor del demonstrerats i liten skala och mycket mer behöver vetas innan det kan kommersialiseras.
Professor Zuelickes forskningsområde är att förstå hur elektroner beter sig i fasta material som halvledare. Han undersöker för närvarande sätt att matematiskt modellera elektronernas egenskaper i grafen med det yttersta målet att ta reda på hur man förutsäger och påverkar deras rörelse.
"Enskilda elektroner, som är rörliga och leder strömmen genom en halvledare, har kontraintuitiva egenskaper som gör att de kan röra sig genom en matris av atomer utan att någonsin stöta på dem. De verkar vara fria trots att de finns i denna täta väv av atomer.
"Priset de betalar är att deras massa förändras av denna process. Inom intervallet av olika typer och kombinationer av atomer, ett stort antal komplexa, nya strukturer är möjliga. Det öppnar dörren till ett stort utbud av nya material som vart och ett är som ett nytt universum när det gäller hur elektronerna beter sig."
I grafen, säger professor Zuelicke, förändringen i hur elektroner beter sig är dramatisk och till skillnad från vad som har observerats i något annat material.
"De kan inte snabba upp eller sakta ner eller lätt ändra riktning. I det, de har samma egenskaper som partiklar (neutriner) som rör sig med ljusets hastighet men den konstanta hastigheten för elektronerna i grafen är bara cirka 1/300 av ljusets hastighet. I grund och botten, elektronernas beteende i grafen realiserar en långsam version av relativitetsteori."
Professor Zuelicke säger att dessa egenskaper gör det möjligt för forskare att observera och ta reda på mer om Einsteins relativitetsteori i en ny miljö.
"För att testa vår förståelse av relativitet, Vi måste vanligtvis accelerera elektroner för att föra dem närmare ljusets hastighet, men de mycket långsammare elektronerna i grafen beter sig redan som sina snabbrörliga kusiner i acceleratorer. De är en nästan idealisk testbädd för intressanta kvasi-relativistiska effekter."
Arbeta med medarbetare i USA, Professor Zuelicke har nästan avslutat fyra år av Marsden-finansierad forskning och har för avsikt att fortsätta med det teoretiska arbetet och de praktiska tillämpningarna av forskningen.
"Internationellt, Det finns en enorm ansträngning fokuserad på sätt att göra grafen och förstå vad vi kan göra med det."
Han säger att stapla lager av grafen ovanpå varandra eller variera storleken, materialarkets sammansättning eller layout kan skapa en mängd nya egenskaper.
"Vår forskning idag är grunden för att komma fram till ett nytt paradigm för elektronik."
