En ny transistor som kan revolutionera teknologier för medicinsk bildbehandling och säkerhetsscreening har utvecklats av grafenforskare från universiteten i Manchester och Nottingham.

Skriver in Naturkommunikation , forskarna rapporterar den första grafenbaserade transistorn med bistabila egenskaper, vilket innebär att enheten spontant kan växla mellan två elektroniska tillstånd. Sådana enheter är mycket efterfrågade som sändare av elektromagnetiska vågor i högfrekvensområdet mellan radar och infraröd, relevant för applikationer som säkerhetssystem och medicinsk bildbehandling.

Bistabilitet är ett vanligt fenomen – ett gungbrädeliknande system har två likvärdiga tillstånd och små störningar kan utlösa spontana växlingar mellan dem. Sättet på vilket laddningsbärande elektroner i grafentransistorer rör sig gör denna omkoppling otroligt snabb – biljoner omkopplare per sekund.

Underbart material grafen är världens tunnaste, starkaste och mest ledande materialet, och har potential att revolutionera ett stort antal olika applikationer; från smartphones och ultrasnabbt bredband till läkemedelsleverans och datorchips. Det isolerades först vid University of Manchester 2004.

Enheten består av två lager grafen åtskilda av ett isolerande lager av bornitrid bara några atomlager tjocka. Elektronmolnen i varje grafenlager kan ställas in genom att applicera en liten spänning. Detta kan inducera elektronerna till ett tillstånd där de rör sig spontant med hög hastighet mellan lagren.

Eftersom det isolerande lagret som skiljer de två grafenarken är ultratunt, elektroner kan röra sig genom denna barriär genom "kvanttunnelering". Denna process inducerar en snabb rörelse av elektrisk laddning som kan leda till emission av högfrekventa elektromagnetiska vågor.

Dessa nya transistorer uppvisar den väsentliga signaturen hos en kvantgungbräda, kallad negativ differentialkonduktans, varvid samma elektriska ström flyter vid två olika pålagda spänningar. Nästa steg för forskare är att lära sig hur man optimerar transistorn som detektor och emitter.

En av forskarna, Professor Laurence Eaves, sa:"Förutom dess potential inom medicinsk bildbehandling och säkerhetskontroll, grafenenheterna kan också integreras på ett chip med konventionella, eller annan grafenbaserad, elektroniska komponenter för att tillhandahålla ny arkitektur och funktionalitet.

"I mer än 40 år, Tekniken har lett till allt mindre transistorer; en tour de force of engineering som har försett oss med dagens toppmoderna kiselchips som innehåller miljarder transistorer. Forskare letar efter ett alternativ till kiselbaserad teknik, som sannolikt kommer att träffa buffertarna om några år, och grafen kan vara ett svar."

"Grafenforskning är relativt mogen, men flerskiktiga enheter gjorda av olika atomärt tunna material som grafen rapporterades först för bara ett år sedan. Denna arkitektur kan ge många fler överraskningar", tillägger Dr Liam Britnell, University of Manchester, tidningens första författare.