För allt löfte om grafen som material för nästa generations elektronik och kvantberäkning, forskare vet fortfarande inte tillräckligt om denna högpresterande ledare för att effektivt styra en elektrisk ström.

Grafen, ett en-atom-tjockt lager av kol, leder elektricitet så effektivt att elektronerna är svåra att styra. Och kontroll kommer att vara nödvändig innan detta underbara material kan användas för att göra nanoskala transistorer eller andra enheter.

En ny studie av en forskargrupp vid University of Wisconsin-Milwaukee (UWM) kommer att hjälpa. Gruppen har identifierat nya kännetecken för elektrontransport i ett tvådimensionellt ark av grafen skiktat ovanpå en halvledare.

Forskarna visade att när elektroner omdirigeras vid gränssnittet mellan grafen och dess halvledande substrat, de stöter på det som kallas en Schottky -barriär. Om det är tillräckligt djupt, elektroner passerar inte, om det inte åtgärdas genom att applicera ett elektriskt fält-en lovande mekanism för att slå på och stänga av en grafenbaserad enhet.

Gruppen fann också, dock, en annan egenskap hos grafen som påverkar barriärens höjd. Inre krusningar bildas på grafen när den placeras ovanpå en halvledare.

Forskargruppen, ledd av Lian Li och Michael Weinert, UWM -professorer i fysik, och Li's doktorand Shivani Rajput, utförde sitt experiment med halvledarkiselkarbid. Resultaten publicerades i 21 november -numret av Naturkommunikation .

Krusningarna är analoga med vågigheten hos ett pappersark som har väts och sedan torkats. Förutom i det här fallet, konstaterar Weinert, tjockleken på arket är mindre än en nanometer (en miljarddels meter).

"Vår studie säger att krusningar påverkar barriärhöjden och även om det finns en liten variation i den, resultaten kommer att bli en stor förändring i elektrontransporten, "säger Li.

Barriären måste ha samma höjd över hela arket för att säkerställa att strömmen antingen är på eller av, han lägger till.

"Detta är en varningssaga, "säger Weinert, vars beräkningar gav den teoretiska analysen. "Om du ska använda grafen för elektronik, du kommer att stöta på detta fenomen som du måste konstruera runt. "

Med flera förhållanden som påverkar barriären, mer arbete är nödvändigt för att avgöra vilka halvledare som skulle vara bäst lämpade att använda för att konstruera en transistor med grafen.

Arbetet ger också möjligheter. Möjligheten att kontrollera förhållandena som påverkar barriären tillåter ledning i tre dimensioner, snarare än längs ett enkelt plan. Denna 3D-ledning kommer att vara nödvändig för forskare att skapa mer komplicerade nano-enheter, säger Weinert.