Technologie nieuws

Eerste stap naar schakelaars van grafeen

Sinds grafeen een aantal jaren geleden voor het eerst werd geïsoleerd, geldt dit quasi twee dimensionale netwerk van een enkele laag koolstofatomen als wonderenmateriaal. Het is niet alleen mechanisch enorm belastbaar, maar ook interessant als basis voor nieuwe opto-elektronische componenten, die gebruik maken van de magnetische momenten van de geleidingselektronen.

Een groep natuurkundigen van het Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie heeft nu een eerste stap gezet op de weg naar grafeen componenten. Ze werken daarbij samen met collega’s uit St. Petersburg, Jülich en Harvard.

Het is de onderzoekers gelukt om de zogenaamde spin-baan-koppeling van de geleidingselektronen in het grafeen met een factor 10.000 te verhogen. Dat is voldoende om een schakelaar te realiseren, die met de kleinste elektrische velden kan worden gestuurd.

Grafeen op substraat
De grafeenlaag bevond zich daarvoor op een substraat van nikkel, waarvan atomen onder elkaar bijna dezelfde afstand hebben als die van de zeshoekige mazen van het grafeen netwerk. Vervolgens dampten de fysici op deze probe goudatomen, die tussen het grafeen en nikkel kropen.

Met behulp van een elektronenversneller konden ze met verschillende spectroscopische methoden meten, hoe daardoor het elektronische eigenschappen in het grafeen veranderden.De foto toont, middels een opname met een rastertunnelmicroscoop, de topografie van grafeen op goud. (bron: HZB/Andrei Varykhalov)

Door het opbrengen van de goudstructuur en de zeshoekige honingraatvorm van het grafeen ontstaat een regelmatige oppervlaktestructuur, die tien keer groter is dan de mazen in het grafeen netwerk. Deze structuur beïnvloedt de chemische wisselwerking tussen de beide atomaire lagen en de elektronische eigenschappen en het gedrag van de spins.

Spin en rotatie
Net als de aarde beschikken elektronen over twee roterende impulsen: de baanrotatie (waarmee ze om de atoomkern draaien) en de spin (die zorgt voor de eigen rotatie). Een sterke spin-baan-koppeling betekent een groot verschil in energieniveau als de beide rotatierichtingen gelijk dan wel tegengesteld gericht zijn.

Nu is bij lichte kernen zoals in koolstofatomen de wisselwerking tussen spin en baan nog erg zwak. Bij zware atomen zoals de goudatomen is deze echter zeer sterk. De onderzoekers konden aantonen, dat de goudatomen over hun afstand tot de grafeen laag deze wisselwerking ook in de grafeen laag met de factor 10.000 verhogen.

Deze sterke spin-baan-koppeling zou het mogelijk kunnen maken om een soort schakelaar te bouwen, omdat een elektrisch veld de spins zou kunnen draaien. Twee spinfilters voor en na de component zouden telkens alleen spins in één richting kunnen doorlaten.

Als de spinfilters loodrecht op elkaar staan, zou er geen spin meer door kunnen en is de schakelaar gesloten. Een elektrisch veld zou de spins kunnen draaien, zodat het de schakelaar gedeeltelijk of zelfs geheel zou kunnen opendraaien. De onderzoekers konden zelfs aantonen dat elektronen in de 5d-orbitalen van de goudatomen de spin-baan-wisselwerking in het grafeen verhogen. Dat komt overeen met de theoretische modellen.

Uitdaging
Maar de volgende uitdaging wacht alweer. Een component op basis van grafeen zou eigenlijk op een niet-geleidende onderlaag moeten zitten en niet op een metaal als nikkel. Daar wordt nu aan gewerkt.

  • ATS Transporttechnieken overgenomen door Veth Participations

    Met de overname wil Veth Participations ATS Transporttechnieken wereldmarktleider maken op het gebied van ‘Bag Emptying’, een nichesegment waarbinnen ATS op dit moment al een belangrijke speler is. (Foto: ATS)ATS Transporttechnieken uit Rijen is overgenomen door Veth Participations. Met de overname wil Veth Participations ATS… Lees verder →

  • Compacte computers van OnLogic voor IoT en Edge computing

    De Karbon 400 serie heeft twee modellen: de compacte Karbon 410 met standaard IO en uitbreidingsmogelijkheden, en de Karbon 430 met extra uitbreidingsopties voor complexe IoT toepassingen. (Foto: OnLogic)OnLogic , fabrikant van industriële en robuuste computerhardwareoplossingen, introduceert de Karbon 400 serie computers. De twee nieuwe… Lees verder →

  • Efficiënte IE5+-motoren optimaal geschikt voor levensmiddelenproductie

    Schaalbare aandrijfoplossingen, zoals de nieuwste IE5+-motoren, zijn speciaal ontwikkeld voor het gebruik in de levensmiddelenindustrie. (Foto: Nord Drivesystems)Nord Drivesystems heeft een motor ontwikkeld die geschikt is voor toepassing in de levensmiddelenindustrie: de IE5+-motor biedt optimale efficiëntie en milieubewustzijn voor toepassingen voor levensmiddelen. Maximale hygiëne is… Lees verder →

  • Schaeffler opent duurzame fabriek voor e-mobility aandrijvingen

    De nieuwe fabriek in Szombathely is de eerste productiefaciliteit van Schaeffler die 100 procent is gewijd aan oplossingen voor elektromobiliteit. (Foto: Schaeffler)Schaeffler heeft een nieuwe productiefaciliteit geopend op zijn Szombathely-locatie in het westen van Hongarije. Hiermee creëert het bedrijf 150 nieuwe banen in e-mobility. Het… Lees verder →

  • stokvis verhoef emc

    Stokvis Group neemt Verhoef EMC uit Sliedrecht over

    Verhoef EMC ontwikkelt onder andere hybride aandrijfsystemen (foto: Verhoef EMC)Per 1 juni 2021 heeft de Stokvis Group in Voorhout elektrotechnisch specialist Verhoef EMC uit Sliedrecht van Pon Holdings overgenomen. Met de overname versterkt de Stokvis Group haar expertise op het gebied van hybride aandrijfsystemen, elektrotechnische… Lees verder →

  • Groot onderhoud aandrijvingen drijvende emmerbaggermolen

    Door gebruik te maken van een leren riem, is de aandrijving goed in staat om de voortdurende schokbelastingen op te nemen die ontstaan wanneer de emmers over de ongelijke bodem schrapen (foto: Marjolein de Wit-Blok)De Alexander-Tarsos van Van Nieuwpoort Bouwgrondstoffen, is een drijvende grindwinnings- en… Lees verder →

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven