Nijmeegse onderzoekers creëren vrijstaand grafeen, Delft maakt er een transistor van.

Grafeen, een grafietlaag van precies één atoom dik, kan zelfstandig bestaan zonder dat er een drager onder zit. Dat schrijven onderzoekers uit Nijmegen, Stuttgart en Manchester vandaag in Nature.

In hetzelfde Nature-nummer beschrijven onderzoekers van de TU Delft en de Stichting FOM hoe je supergeleiding in grafeen kunt opwekken, en hoe dat ooit kan leiden tot transistoren die veel kleiner zijn dan de huidige van silicium.

Grafeen is in 2004 in Manchester ontdekt en is sindsdien een ‘hot topic’. Tot nu toe werd algemeen aangenomen dat zo’n laag van één atoom dik alleen stabiel kon zijn wanneer hij was aangebracht op een ondergrond van een ander materiaal.

Jannik Meyer (Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart), Andre Geim (University of Manchester) Mikhail Katsnelson (Institute for Molecules and Materials, Radboud Universiteit Nijmegen) hebben nu bewezen dat het wél kan. Een gouden houdertje werd gemonteerd rond een grafeenkristal op een siliciumondergrond, waarna het silicium werd weggeëtst. Het ‘tweedimensonale’ grafeenlaagje blijkt niet plat te zijn maar enigszins te golven. Theoretische berekeningen hadden dat al voorspeld. De stabiliteit van de structuur is er uit te verklaren.

De onderzoekers denken dat vrijstaand grafeen wellicht ooit zal zijn te gebruiken als gasfilter. In een eerder stadium kan het dienen als onzichtbare ondersteuning van complexe, bioactieve moleculen, die worden bekeken onder de elektronenmicroscoop.

Grafeen kan echter ook dienen als transistor. Hubert Heersche, Pablo Jarillo-Herrero en hun collega’s van het Kavli Instituut voor Nanoscience in Delft en de Stichting FOM zijn er in geslaagd om supergeleidend gedrag op te wekken in grafeen door het te koppelen aan een échte supergeleider. Dit zogeheten Josephson-effect is vaker vertoond. Bijzonder aan grafeen is echter dat de elektronen in dit materiaal zich gedragen alsof ze massaloos zijn. Bovendien is grafeen geen halfgeleider maar een halfmetaal, waarin de geleiding beide kanten op kan gaan. De onderzoekers zijn er, kortom, in geslaagd om met grafeen een bipolaire superstroom-transistor te maken.

bron: FOM, Radboud Universiteit