Grafens unika 2D-struktur gör att elektroner färdas genom den annorlunda än i de flesta andra material. En konsekvens av denna unika transport är att applicering av en spänning inte stoppar elektronerna som det gör i de flesta andra material. Det här är ett problem, för att göra användbara tillämpningar av grafen och dess unika elektroner, som kvantdatorer, det är nödvändigt att kunna stoppa och kontrollera grafenelektroner.

Ett tvärvetenskapligt team av forskare från Universidad Autonoma de Madrid (Spanien), Université Grenoble Alpes (Frankrike), International Iberian Nanotechnology Laboratory (Portugal) och Aalto-universitetet har löst detta långvariga problem. Teamet inkluderade experimentella forskare Eva Cortés del Río, Pierre Mallet, Héctor González-Herrero, José María Gómez-Rodríguez, Jean-Yves Veuillen och Iván Brihuega och teoretiker inklusive Joaquín Fernández-Rossier och Jose Lado, biträdande professor vid institutionen för tillämpad fysik vid Aalto.

Det experimentella laget använde atomtegel för att bygga väggar som kunde stoppa grafenelektronerna. Detta uppnåddes genom att skapa atomväggar som begränsade elektronerna, leder till strukturer vars spektrum sedan jämfördes med teoretiska förutsägelser, som visar att elektroner var inneslutna. Särskilt, det erhölls att de konstruerade strukturerna gav upphov till nästan perfekt inneslutning av elektroner, vilket framgår av uppkomsten av skarpa kvantbrunnsresonanser med en anmärkningsvärt lång livslängd.

Arbetet, publiceras denna vecka i Avancerade material , visar att ogenomträngliga väggar för grafenelektroner kan skapas genom kollektiv manipulation av ett stort antal väteatomer. I experimenten, ett scanningstunnelmikroskop användes för att konstruera konstgjorda väggar med sub-nanometrisk precision. Detta ledde till grafen nanostrukturer av godtyckligt komplexa former, med dimensioner från två nanometer till en mikron.

Viktigt, metoden är oförstörande, tillåta forskare att radera och bygga om nanostrukturerna efter behag, ger en oöverträffad grad av kontroll för att skapa artificiella grafenenheter. Experimenten visar att de konstruerade nanostrukturerna är kapabla att perfekt begränsa grafenelektronerna i dessa artificiellt designade strukturer, övervinna den kritiska utmaning som Klein tunneling medför. I sista hand, detta öppnar upp för många spännande nya möjligheter, när nanostrukturerna realiserar grafenkvantprickar som kan kopplas selektivt, öppna möjligheter för artificiellt utformad kvantmateria.