De elektroniska egenskaperna hos grafen kan specifikt modifieras genom att sträcka materialet jämnt, säger forskare vid universitetet i Basel. Dessa resultat öppnar dörren till utvecklingen av nya typer av elektroniska komponenter.

Grafen består av ett enda lager av kolatomer arrangerade i ett hexagonalt gitter. Materialet är mycket flexibelt och har utmärkta elektroniska egenskaper, vilket gör den attraktiv för många applikationer – i synnerhet elektroniska komponenter.

Forskare under ledning av professor Christian Schönenberger vid Swiss Nanoscience Institute och Institutionen för fysik vid universitetet i Basel har nu studerat hur materialets elektroniska egenskaper kan manipuleras genom mekanisk sträckning. För att göra detta, de utvecklade ett slags ställ med vilket de sträcker det atomärt tunna grafenskiktet på ett kontrollerat sätt, samtidigt som man mäter dess elektroniska egenskaper.

Smörgåsar på gallret

Forskarna förberedde först en "smörgås" bestående av ett lager av grafen mellan två lager av bornitrid. Denna bunt av lager, utrustad med elektriska kontakter, placerades på ett flexibelt substrat.

Forskarna applicerade sedan en kraft på mitten av smörgåsen underifrån med hjälp av en kil. "Detta gjorde det möjligt för oss att böja stapeln på ett kontrollerat sätt, och för att förlänga hela grafenskiktet, " förklarade huvudförfattaren Dr Lujun Wang.

"Att sträcka ut grafenet gjorde det möjligt för oss att specifikt ändra avståndet mellan kolatomerna, och därmed deras bindningsenergi, " tillade Dr. Andreas Baumgartner, som övervakade experimentet.

Ändrade elektroniska tillstånd

Forskarna kalibrerade först sträckningen av grafenet med optiska metoder. De använde sedan elektriska transportmätningar för att studera hur grafenens deformation förändrar de elektroniska energierna. Mätningarna måste utföras vid minus 269°C för att energiförändringarna ska bli synliga.

"Avståndet mellan atomkärnorna påverkar direkt egenskaperna hos de elektroniska tillstånden i grafen, sa Baumgartner, sammanfattar resultaten. "Med enhetlig stretching, endast elektronhastigheten och energin kan förändras. Energiförändringen är i huvudsak den "skalära potentialen" som förutsägs av teorin, vilket vi nu har kunnat demonstrera experimentellt."

Dessa resultat kan leda till till exempel, till utveckling av nya sensorer eller nya typer av transistorer. Dessutom, grafen fungerar som ett modellsystem för andra tvådimensionella material som har blivit ett viktigt forskningsämne över hela världen de senaste åren.