Графен, необычная форма углерода, кристаллическая решетка которого имеет толщину в один атом, обладает целым рядом уникальных свойств. Этот материал является одним из лучших проводников электрического тока за счет того, что "неуправляемые" электроны движутся в этом материале практически по прямой, не встречая препятствий, т.е. без электрического сопротивления. Это является одновременно и сильной и слабой стороной графена, ведь для использования материала в электронике требуются способы управления текущим через него электрическим током.
В настоящее время учеными уже была создана масса электронных устройств на основе графена, включая быстродействующие усилители, суперконденсаторы, проводники с низким удельным сопротивлением, чернила для печати гибких электронных схем. Но если появится возможность управления электрическим током через этот материал, то станет возможным создание графеновых транзисторов, способных работать на очень высоких частотах.
И обуздать "дикие" графеновые электроны получилось у ученых из университета Ратджерса и Нью-Брансвика, кроме этого, разработанный ими метод управления обеспечивает очень низкие потери энергии, что очень важно для некоторых областей применения, в том числе и электроники.
Группа профессора Евы И. Андрей (Eva Y. Andrei) для управления движением электронов использовала электрический потенциал, прикладываемый к поверхности графена наконечником туннельного сканирующего микроскопа, "заточенного" до атомарной толщины. Электрическое поле, создаваемое вокруг наконечника микроскопа, представляет собой нечто вроде ловушки для электронов, которая отклоняет траекторию их движения, подобно тому, как оптическая линза преломляет проходящий сквозь нее свет.
При помощи регулирования потенциала на наконечнике микроскопа "сила" ловушки для электронов может быть настроена так, что электроны будут или попадать в нее, или проходить сквозь нее беспрепятственно. Другими словами, электрическое поле обеспечивает надежное релейное (вкл/выкл) переключение электрического тока, протекающего через графен.
"В наших экспериментах мы показали, что можно обеспечить улавливание электронов в графене без необходимости устраивать специальные дефекты в этом материале" - рассказывает профессор Андрей - "Изменяя потенциал наконечника микроскопа, мы изменяем протекающий электрический ток. Другими словами, мы получили полностью работоспособный графеновый транзистор с очень низким переходным сопротивлением в открытом режиме".
Следующим шагом, который собираются сделать ученые, станет попытка замены наконечника туннельного микроскопа чрезвычайно тонкими нанопроводниками, которые будут размещены в непосредственной близости от поверхности графеновой пленки. Изменение электрического потенциала на этих нанопроводниках будет работать точно так же, как и изменение потенциала на наконечнике микроскопа, т.е. нанопроводники будут вступать в качестве управляющих электродов, затворов, графеновых транзисторов.