Boren in grafeen

Beeld: Grafeentransistors (Credit: Carl Otto Moesgaard)

Met zijn enkele atoomlaag is grafeen zo dun als een materiaal maar kan zijn. Tegelijk is het enorm sterk en geleidt het prima elektronen. Dat maakt het tweedimensionale materiaal een ideale drager van computerchips, die dan nog kleiner en sneller kunnen worden. En nog een voordeel: grafeen bestaat enkel uit koolstof, een grondstof dat massaal voorradig is op aarde.

Maar om een transistor te maken, heb je een zogenoemde ‘band gap’ nodig, een drempel voor de elektrische spanning die het verschil bepaalt tussen stroomgeleidend en –isolerend, tussen 1 en 0. Fysici hebben altijd problemen gehad om zo’n band gap optimaal in een stukje grafeen te verwerken. Meestal lukte het hen wel om het in het materiaal te bouwen, maar telkens verwoestten ze daarbij de elektronische eigenschappen waaraan grafeen zijn status als wondermateriaal te danken heeft.

Een aanpak die de laatste jaren veel aandacht krijgt, is het plaatsen van het grafeen tussenin twee laagjes boornitride, die als een ‘sandwich’ het grafeen beschermen.

Deense onderzoekers zijn er nu in geslaagd een band gap aan te brengen in het composietmateriaal zonder dat de elektronische eigenschappen van het grafeen in het gedrang komen. Dat deden ze met microlithografie, waarbij ze piepkleine gaatjes slechts een paar nanometer diep en breed in het grafeenoppervlak boren. De gaatjes zijn klein genoeg om de hoge geleidbaarheid van het grafeen intact te laten.

De vorsers willen nu de band gaps opvormen tot volwaardige transistors, zodat ze op hypersnelle maar ultrakleine nanochips kunnen worden geplaatst.