(Phys.org) - Bara en atom tjock, 200 gånger starkare än stål och en nästan perfekt ledare, grafens framtid inom elektronik är nästan säker. Men för att göra detta kolsupermaterial användbart, det måste vara en halvledare - ett material som kan växla mellan isolerande och ledande tillstånd, som ligger till grund för all elektronik idag.

Kombinera experiment och teori, Cornellforskare har gått ett steg närmare att göra grafen till ett användbart, kontrollerbart material. De visade att när de odlas i staplade lager, grafen producerar vissa specifika defekter som påverkar dess konduktivitet.

På försökssidan, en forskargrupp har avbildat och analyserat strukturen och beteendet hos grafenark staplade ovanpå varandra, kallas tvålagers grafen. Gruppen, publicering online 24 juni i Förfaranden från National Academy of Sciences , inkluderar Paul McEuen, Goldwin Smith -professorn i fysik och chef för Kavli -institutet vid Cornell för nanoskala; David Muller, professor i tillämpad och teknisk fysik och Kavli meddirektör; och Jiwoong Park, docent i kemi och kemisk biologi och Kavli -medlem.

De visade att istället för platta ark med upprepande kolatomer arrangerade som kycklingtråd, när grafen växer lager, det krusar, som vägg-till-vägg-matta som överskrider rumsmått. Dessa krusningar, kallas solitons, är som elektriska motorvägar som tillåter elektroner att skjuta från ena änden av arket till den andra. Resten av den krusiga grafen, när den staplas, är halvledande.

Tidigare, teoretiker hade förutspått att tvåskiktsgrafen skulle vara enhetligt halvledande vid stapling och förskjutning-så som ett ark med biljardbollar skulle staplas om kulorna (atomerna) var inbäddade i mellanrummen. Men teorin tog inte slut, och Cornell -forskarna hävdar nu att det beror på solitonerna.

"Folk trodde att grafen var perfekt staplat överallt, men i sanning har den dessa roliga strukturella solitoner som ger upphov till elektroniska, endimensionella kanaler, "Sade McEuen." Alla dessa komplexiteter gömde sig. "

En separat forskargrupp som leds av Eun-Ah Kim, biträdande professor i fysik, publicerade ett papper samma vecka i Fysisk granskning X som beskriver matematiken och teorin bakom de elektriska egenskaperna hos solitonerna och hur de passar in i den dubbelskiktade grafenbild som McEuens samarbete studerade.

"Helst, vi skulle vilja styra grafen, "Sa Kim." Vi skulle vilja bli av med solitonerna, eller kanske skulle vi vilja göra en välkontrollerad, endimensionell elektrisk motorväg men har inte så många av dem. Om vi ​​räknar ut hur man styr grafen, kontrollera var solitonsna är, vi kan öppna upp nya sätt att kontrollera tvålagers grafen. "

Tidningen ledd av McEuen, "Tål solitoner och topologiska defekter i bilags grafen, "inkluderade arbete av doktorander Jonathan Alden, Wei Tsen och Pinshane Huang. Det stöddes av Air Force Office of Scientific Research och National Science Foundation.

Tidningen ledd av Kim, "Topologiska kanttillstånd vid en lutningsgräns i grindat flerskikts grafen, "inkluderade arbete av postdoktor Abolhassan Vaezi, doktorand Darryl Ngai, och Yufeng Liang och Li Yang från Washington University. Deras arbete fick också stöd av National Science Foundation, inklusive ett NSF CAREER -bidrag.