Elektroner som bryter mot reglerna och rör sig vinkelrätt mot det applicerade elektriska fältet kan vara nyckeln till att leverera nästa generation, lågenergidatorer, ett samarbete mellan forskare från University of Manchester och Massachusetts Institute of Technology har hittat.

I en forskningsartikel som publicerades denna vecka i Vetenskap , samarbetet ledd av MIT:s teoriprofessor Leonid Levitov och Manchesters nobelpristagare Sir Andre Geim rapporterar om ett material där elektroner rör sig i en kontrollerbar vinkel till applicerade fält, liknande segelbåtar som drivs diagonalt mot vinden.

Materialet är grafen – en atomtjock kycklingnät gjord av kol – men med en skillnad. Det omvandlas till ett nytt så kallat supergittertillstånd genom att placera det ovanpå bornitrid, även känd som "vit grafit", och sedan inrikta kristallgittren för de två materialen. I motsats till metallisk grafen, ett supergitter av grafen beter sig som en halvledare.

I original grafen, laddningsbärare beter sig som masslösa neutriner som rör sig med ljusets hastighet och har elektronladdningen. Även om en utmärkt dirigent, grafen gör det inte lätt att slå på och av ström, vilket är kärnan i vad en transistor gör.

Elektroner i grafen supergitter är olika och beter sig som neutriner som fått en anmärkningsvärd massa. Detta resulterar i en ny, relativistiskt beteende så att elektroner nu kan skeva i stora vinklar mot applicerade fält. Effekten är enorm, som hittats i Manchester-MIT-experimenten.

Den rapporterade relativistiska effekten har ingen känd analog i partikelfysik och utökar vår förståelse av hur universum fungerar.

Utöver upptäckten, det observerade fenomenet kan också bidra till att förbättra prestanda hos grafenelektronik, vilket gör den till en värdig följeslagare till kisel.

Forskningen tyder på att transistorer gjorda av grafen supergitter bör förbruka mindre energi än konventionella halvledartransistorer eftersom laddningsbärare driver vinkelrätt mot det elektriska fältet, vilket resulterar i liten energiförlust.

Manchester-MIT-forskarna demonstrerar den första sådana transistorn, vilket öppnar en plats för mindre strömkrävande datorer.

Professor Geim kommenterar "Det är en ganska fascinerande effekt, och det träffar en mycket svag punkt i vår förståelse av komplexa, så kallade topologiska material. Det är extremt sällan man stöter på ett fenomen som överbryggar materialvetenskap, partikelfysik, relativitet och topologi.'

Professor Levitov tillägger "Det är allmänt trott att okonventionella metoder för informationsbehandling är nyckeln för framtiden för IT-hårdvara. Denna övertygelse har varit drivkraften bakom ett antal viktiga senaste utvecklingar, i synnerhet utvecklingen av spintronik. Den demonstrerade transistorn lyfter fram löftet om grafenbaserade system för alternativa sätt att bearbeta information. '