Sedan upptäckten av grafen för ungefär ett decennium sedan, forskare har studerat sätt att konstruera luckor i elektroniska band i materialet för att producera halvledare som kan skapa nya elektroniska enheter. Ett team av forskare från Yale-NUS College, Center for Advanced 2D Materials and Department of Physics vid National University of Singapore (NUS) och University of Texas at Austin (UT Austin) har etablerat en teoretisk ram för att förstå grafenens elastiska och elektroniska egenskaper. Resultaten publicerades i februari 2015 i Naturkommunikation .

Grafen, ett enda atomtjockt ark med kolatomer arrangerade i ett bikakeliknande gitter, är ett av de enklaste materialen med oöverträffade mekaniska och elektroniska egenskaper. Materialet har hyllats av forskare som en extremt bra ledare av elektroner på grund av dess styrka och låga vikt. Under 2013, forskare från Massachusetts Institute of Technology (MIT) upptäckte att placering av grafen ovanpå hexagonal bornitrid, ett annat atomtjockt material med liknande egenskaper kommer att skapa ett hybridmaterial som delar grafens fantastiska förmåga att leda elektroner, samtidigt som man lägger till bandgapet som är nödvändigt för att bilda transistorer och andra halvledaranordningar. Halvledare, som kan växla mellan ledande och isolerande tillstånd, är grunden för modern elektronik. Orsakerna till varför hybridmaterialet utfördes som sådant var oförklarade tills detta nya teoretiska ramverk skapades av forskare från Yale-NUS, NUS och UT Austin.

För att fullt ut utnyttja hybridmaterialets egenskaper för att skapa livskraftiga halvledare, ett robust bandgap utan att de elektroniska egenskaperna försämras är ett nödvändigt krav. Forskarna drog slutsatsen att det är nödvändigt att använda ett teoretiskt ramverk som behandlar elektroniska och mekaniska egenskaper lika för att göra tillförlitliga förutsägelser för dessa nya hybridmaterial.

Shaffique Adam, Biträdande professor vid Yale-NUS College och NUS Department of Physics, sa, "Denna teoretiska ram är den första i sitt slag och kan i allmänhet tillämpas på olika tvådimensionella material. Innan vårt arbete, man antog vanligen att när ett 2D -material placeras ovanpå ett annat, var och en förblir plana och stela. Vårt arbete visade att deras elektroniska koppling orsakar betydande mekanisk belastning, sträckande och krympande bindningar i tre dimensioner, och att dessa snedvridningar förändrar de elektroniska egenskaperna. Vi finner att bandgapet beror på flera faktorer inklusive vinkeln mellan de två arken och deras mekaniska styvhet. Går framåt, vi kommer att fortsätta att teoretiskt utforska de optimala parametrarna för att skapa större bandgap som kan användas för ett brett spektrum av teknologier. "

Pablo Jarillo-Herrero, Mitsui Career Development Associate Professor of Physics vid MIT, vars forskargrupp först rapporterade bandluckor i detta nya grafenhybridmaterial sa:"Detta teoriarbete har ökat noggrannheten och förutsägbarheten för att beräkna det inducerade bandgapet i grafen, vilket kan möjliggöra tillämpningar av grafen i digital elektronik och optoelektronik. Om vi ​​kan öka storleken på bandgapet genom ny forskning, detta kan bana väg för nya flexibla och bärbara nanoelektroniska och optoelektroniska enheter."