Forskare vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory kunde framgångsrikt manipulera den elektroniska strukturen av grafen, vilket kan möjliggöra tillverkning av grafentransistorer - snabbare och mer tillförlitliga än befintliga kiselbaserade transistorer.

Forskarna kunde teoretiskt beräkna mekanismen genom vilken grafens elektroniska bandstruktur kan modifieras med metallatomer. Arbetet kommer experimentellt att vägleda användningen av effekten i lager av grafen med joner av sällsynta jordartsmetaller "inlagda" (eller interkalerade) mellan grafen och dess kiselkarbidsubstrat. Eftersom metallatomerna är magnetiska kan tilläggen också modifiera användningen av grafen för spintronik.

"Vi upptäcker nya och mer användbara versioner av grafen, " sade Ames Laboratory senior forskare Michael C. Tringides. "Vi fann att placeringen av sällsynta jordartsmetaller under grafen, och exakt var de finns, i lagren mellan grafen och dess substrat, är avgörande för att manipulera banden och justera bandgapet."

Grafen, ett tvådimensionellt lager av kol, har studerats omfattande av forskare överallt sedan den först producerades 2004 eftersom elektroner färdas mycket snabbare längs dess yta, vilket gör det till ett idealiskt potentiellt material för framtida elektronisk teknik. Men oförmågan att kontrollera eller ställa in grafens unika egenskaper har varit ett hinder för dess tillämpning.

Beräkningar av densitetsfunktionsteori förutspådde de konfigurationer som var nödvändiga för att demonstrera kontroll av bandgapstrukturen. "Ames Laboratory är mycket bra på syntes av material, och vi använder teori för att exakt bestämma hur man modifierar metallatomerna, sa Minsung Kim, en postdoktoral forskarassistent. "Våra beräkningar vägledde placeringen så att vi kan manipulera dessa kvantegenskaper för att bete oss som vi vill att de ska göra."

Forskningen diskuteras vidare i artikeln "Manipulation of Dirac cones in intercalated epitaxial graphene, "publicerad i tidningen Kol .