Forskare som använder lasrar vid en anläggning för Science and Technology Facilities Council (STFC) i Storbritannien tror att de är ett steg närmare att hitta en ersättning för kiselchips som är snabbare och använder mindre energi än för närvarande.

Teamet har testat beteendet hos tvålagers grafen för att upptäcka om det kan användas som en halvledare eller inte. Deras resultat tyder på att det kan ersätta kiseltransistorer i elektroniska kretsar.

Grafen är rent kol i form av en mycket tunn, nästan genomskinligt ark, 0 en atom tjock. Det är känt som ett "mirakelmaterial" på grund av dess anmärkningsvärda styrka och effektivitet när det gäller att leda värme och elektricitet.

I sin nuvarande form är grafen inte lämplig för transistorer, som är grunden för all modern elektronik. För att en transistor ska vara tekniskt gångbar, den måste kunna "stänga av" så att endast en liten elektrisk ström rinner genom porten när den är i standby -läge. Grafen har inget bandgap så kan inte stängas av.

Forskargruppen, ledd av professor Philip Hofmann från Aarhus universitet i Danmark, använde ett nytt material – tvåskiktsgrafen – där två lager grafen placeras ovanpå varandra, lämnar ett litet bandgap för att uppmuntra överföringen av energi mellan lagren.

Använda Artemis vid STFC:s centrala laseranläggning, som är baserat på Rutherford Appleton Laboratory i Oxfordshire, forskarna avfyrade ultrakorta pumplaserpulser mot tvåskiktsgrafenprovet, förstärkning av elektroner i ledningsbandet.

En andra kort, extrem ultraviolett, våglängdspuls kastade sedan ut elektroner från provet. Dessa samlades in och analyserades för att ge en ögonblicksbild av elektronernas energier och rörelse.

"Vi tog en serie av dessa mätningar, varierande tidsfördröjning mellan den infraröda laserpumpen och extrem ultraviolett sond, och sekvenserade dem till en film, " sa STFC:s Dr Cephise Cacho, en av forskargruppen. "För att se hur de snabbt rörliga elektronerna beter sig, varje bildruta i filmen måste separeras med bara en bråkdel av en miljarddels sekund."

Professor Hofmann sa:"Vad vi har visat med den här forskningen är att vårt prov beter sig som en halvledare, och är inte kortsluten av defekter."

Det kan finnas brister i tvåskiktsgrafen eftersom lagren ibland blir felinriktade.

Resultaten av denna forskning, där grafenet inte visade några defekter, föreslå att ytterligare tekniska ansträngningar bör göras för att minimera brister. När detta är gjort, det finns en chans att avstängningsprestanda för tvålagers grafen kan ökas tillräckligt för att utmana kiselbaserade enheter.

Grafentransistorer kan göra mindre, snabbare elektroniska chips än vad som är möjligt med kisel. Så småningom kunde fler och fler transistorer placeras på ett enda mikrochip för att producera snabbare, kraftfullare processorer för användning i elektronisk utrustning.