(Phys.org) - Trots grafens många imponerande egenskaper, dess brist på bandgap begränsar användningen i elektroniska applikationer. I en ny studie, forskare har teoretiskt visat att en bandgap kan öppnas i grafen genom att vika 2D-grafenark i origamistil och utsätta dem för ett magnetfält. Förutom att öppna en bandgap, denna metod ger också spinnpolariserad ström i grafenarken, gör dem attraktiva för spintronics -applikationer.

Forskarna, A. T. Costa, et al., från institutioner i Brasilien, Irland, Singapore, och USA, har publicerat sitt papper om grafen origami i ett nyligen utgåva av EPL .

"Medan bandgapöppning och spinnpolariserade strömmar är två separata funktioner som finns i önskelistan för varje grafenforskare, vi har identifierat ett sätt som kan kryssa i båda rutorna samtidigt, "medförfattare Mauro Ferreira, Docent vid Trinity College Dublin, berättade Phys.org .

Eftersom bandgapet är ett energiområde där inga elektrontillstånd existerar, att öppna en bandgap i grafen omvandlar den från ett ledande material till ett halvledande material. Halvledande grafen skulle vara mer användbart, och kan ha särskilt intressanta applikationer för spintronics -enheter, som utnyttjar elektronens kvantmekaniska egenskap av spinn utöver dess egenskap av elektrisk laddning.

En anledning till att grafen är ett lovande spintronikmaterial är att, jämfört med andra material, den har en extremt liten spin-orbit-interaktion (SOI). Detta innebär att dess snurr interagerar väldigt lite med sin orbitalrörelse, och så är centrifugering i praktiskt taget försumbar i grafen. Som ett resultat, information som lagras i grafens spinn kan lagras betydligt längre än i andra material. Ett litet SOI innebär också att informationen kan resa över långa sträckor med mycket liten förlust.

Även om ett litet SOI har många fördelar, här ville forskarna öka SOI i delar av grafen eftersom det är nödvändigt för att öppna en bandgap. Ny forskning har visat att SOI förbättras när grafen böjs mekaniskt. Här, forskarna visade teoretiskt att ett 2D grafenark gjutet i periodiska åsar och tråg har en förbättrad SOI i de krökta regionerna.

Att öka SOI är hälften av processen för att framkalla en bandgap; den andra halvan applicerar ett magnetfält. Som forskarna förklarar, SOI och magnetfältet kompletterar varandra på ett sådant sätt att båda mängderna måste förstärkas för att framkalla en bandgap. Bandgapets storlek bestäms slutligen av den mindre av dessa två kvantiteter.

Ett sätt att använda ett magnetfält är att dopa grafen med magnetiska atomer. Doping är också ett annat sätt att förbättra SOI, så hela processen kan eventuellt uppnås genom dopning med rätt adsorbanter.

Denna metod har vissa fördelar jämfört med tidigare försök att öppna en bandgap i grafen. Än så länge, tidigare metoder har misslyckats med att producera tekniskt relevant halvledande grafen av flera skäl, inklusive att bandgapstorleken är för liten och att störningen dyker upp i systemet. Forskarna här förutspår att den nya metoden kan övervinna dessa svårigheter och slutligen uppnå användbart halvledande grafen.

Den andra viktiga effekten av den nya metoden-att den snurrar och polariserar strömmen-innebär att elektronernas snurr är inriktade i samma riktning. Denna funktion är särskilt viktig för konstruktion av spintronics -enheter.

I deras nuvarande studie, forskarna visade att den nya processen enkelt kan förverkligas genom att deponera grafenark på ett substrat med periodiska skyttegravar. I framtiden, de planerar att utföra mätningar på den resulterande grafenens elektriska egenskaper.

"Även om vi har god experimentell kontroll över hur grafenarken viks, att mäta transportegenskaperna hos sådana origami-liknande strukturer är fortfarande utmanande, "Ferreira sa." Nästa steg är att anpassa några av transportmätningsteknikerna för att hantera strukturerna i denna nya geometri. "

© 2013 Phys.org. Alla rättigheter förbehållna.