(Phys.org) — Små nanorband av kol skulle kunna användas för att göra en magnetfältssensor för nya elektroniska enheter.

Forskare i Singapore har designat en elektronisk switch som reagerar på förändringar i ett magnetfält1. Enheten förlitar sig på grafen, ett starkt och flexibelt elektricitetsledande lager av kolatomer arrangerade i ett bikakemönster.

Seng Ghee Tan från A*STAR Data Storage Institute, tillsammans med kollegor vid National University of Singapore, använde teoretiska modeller för att förutsäga egenskaperna hos den föreslagna enheten, känd som en magnetisk fälteffekttransistor.

Transistorn är baserad på två nanorband av grafen, var och en bara några tiotals nanometer bred, som är sammanfogade ände i ände. Atomerna längs kanterna på dessa nanoband är arrangerade i en "fåtölj"-konfiguration - ett mönster som liknar de indragna kanterna på slottsmurarna. Om dessa kanter var i ett sicksackmönster, dock, materialet skulle ha olika elektriska egenskaper.

Ett av nanobanden i lagets transistor fungerar som en metallisk ledare som låter elektronerna flöda fritt; den andra, lite bredare, nanoribbon är en halvledare. Under normala förhållanden, elektroner kan inte resa från ett nanoband till det andra eftersom deras kvantvågfunktioner - sannolikheten för var elektroner finns i materialen - inte överlappar varandra.

Ett magnetfält, dock, förvränger fördelningen av elektroner, ändra sina vågfunktioner tills de överlappar varandra och låter ström flyta från ett nanorband till det andra. Att använda ett externt fält för att ändra en ledares elektriska resistans på detta sätt är känt som en magnetresistanseffekt.

Teamet beräknade hur elektroner skulle färdas i nanobanden under påverkan av ett magnetfält på 10 tesla - den ungefärliga ekvivalenten till den som produceras av en stor supraledande magnet - vid en rad olika temperaturer.

Tan och kollegor fann att större magnetfält tillät mer ström att flöda, och effekten var mer uttalad vid lägre temperaturer. Vid 150 kelvin, till exempel, magnetfältet inducerade en mycket stor magnetresistanseffekt och ström flödade fritt. Vid rumstemperatur, effekten avtog något men tillät fortfarande en avsevärd ström. Vid 300 kelvin, magnetresistanseffekten var ungefär hälften så stark.

Forskarna upptäckte också att när spänningen över nanobanden ökade, elektronerna hade tillräckligt med energi för att tvinga sig igenom omkopplaren och magnetresistanseffekten avtog.

Andra forskare producerade nyligen grafen nanoband med atomärt exakta kanter, liknande dem i den föreslagna designen. Tan och hans kollegor föreslår att om liknande tillverkningstekniker användes för att bygga deras enhet, dess egenskaper kan komma nära att matcha deras teoretiska förutsägelser.