Vanligtvis, den elektriska resistansen hos ett material beror mycket på dess fysiska dimensioner och grundläggande egenskaper. Under särskilda omständigheter, dock, detta motstånd kan anta ett fast värde som är oberoende av de grundläggande materialegenskaperna och "kvantiserat" (vilket betyder att det ändras i diskreta steg snarare än kontinuerligt). Denna kvantisering av elektriskt motstånd sker normalt inom starka magnetfält och vid mycket låga temperaturer när elektroner rör sig på ett tvådimensionellt sätt. Nu, en forskargrupp ledd av universitetet i Göttingen har lyckats påvisa denna effekt vid låga temperaturer i nästan fullständig frånvaro av ett magnetfält i naturligt förekommande dubbelskiktsgrafen, som bara är två atomer tjock. Resultaten av studien har publicerats i Natur .

Teamet från universitetet i Göttingen, Ludwig Maximilian University of München och University of Texas (Dallas) använde tvåskiktsgrafen i sin naturliga form. De ömtåliga grafenflingorna kontaktas med hjälp av standardmikrotillverkningstekniker och flingan placeras så att den hänger fritt som en bro, hålls i kanterna av två metallkontakter. De extremt rena dubbla skikten av grafen visar en kvantisering av elektriskt motstånd vid låga temperaturer och nästan oupptäckbara magnetfält. Dessutom, den elektriska strömmen flyter utan någon energiförlust. Anledningen till detta är en form av magnetism som inte genereras på det vanliga sättet som ses i konventionella magneter (dvs genom inriktningen av elektronernas inneboende magnetiska moment), men genom de laddade partiklarnas rörelse i själva grafendubbelskiktet.

"Med andra ord, partiklarna genererar sitt eget magnetiska fält, vilket leder till kvantisering av det elektriska motståndet, säger professor Thomas Weitz från universitetet i Göttingen.

Anledningen till att denna effekt är speciell är inte bara att den bara kräver ett elektriskt fält, men också att det förekommer i åtta olika versioner som kan styras av applicerade magnetiska och elektriska fält. Detta resulterar i en hög grad av kontroll, eftersom effekten kan slås på och av och rörelseriktningen för de laddade partiklarna kan vändas.

"Detta gör det till en riktigt intressant kandidat för potentiella ansökningar, till exempel, i utvecklingen av innovativa datorkomponenter inom området spintronics, som kan få konsekvenser för datalagring, säger Weitz. Dessutom, det är en fördel att vi kan visa denna effekt i ett system som består av ett enkelt och naturligt förekommande material. Detta står i skarp kontrast till de nyligen populariserade heterostrukturerna, som kräver en komplex och exakt sammansättning av olika material.

"Först, dock, effekten måste undersökas ytterligare och sätt att stabilisera den vid högre temperaturer måste hittas, eftersom det för närvarande bara inträffar vid upp till fem grader över absolut noll (det senare är 273 grader under 0 ^o C)."