ENGINEERINGNET.BE - “Afhankelijk van hoe lagen grafeen worden gedraaid en gedoteerd met elektronen, zijn er tegengestelde resultaten mogelijk”, aldus Klaas-Jan Tielrooij, universitair hoofddocent bij TU Eindhoven.
"Bij bepaalde hoeveelheden elektronen gedragen de lagen zich als een isolator, die de beweging van elektronen verhindert. Met een andere hoeveelheid gedraagt het materiaal zich als een supergeleider.”
Deze resultaten treden op als de uitlijningshoek van de grafeenlagen iets meer dan 1 graad rotatie kent. Dit materiaal is ook bekend als ‘magisch gedraaid bilaag grafeen’ (MATBG).
Tielrooij en het team wilden meer weten over hoe elektronen hierin energie verliezen. Daarvoor gebruikten ze materiaal bestaande uit twee plakjes monolaag grafeen van elk 0,3 nanometer dik, die op elkaar zijn geplaatst en ongeveer één graad verkeerd ten opzichte van elkaar zijn uitgelijnd.
Vervolgens gebruikten de onderzoekers ultrasnelle opto-elektronische meettechnieken om de elektron-fonon interactie in detail te onderzoeken. Deze waarneming gaat veel sneller dan bij een enkele laag grafeen, vooral bij ultrakoude temperaturen.
“Bij deze temperaturen is het heel moeilijk voor elektronen om energie te verliezen aan fononen, maar toch gebeurt dat in het MATBG”, aldus Tielrooij.
Hiroaki Ishizuka van het Tokyo Institute of Technology: "De sterke elektron-fonon-interactie is een volledig nieuw fysisch proces en omvat de elektron-fonon Umklapp-interactie."
“Umklapp-interactie van elektronen en fononen is zeldzaam. Hier hebben we voor het eerst waargenomen hoe elektronen en fononen via Umklapp-interactie samenwerken om elektronenenergie af te voeren.”
Ishizuka ontwikkelde samen met Leonid Levitov van het Massachusetts Institute of Technology in de VS het theoretische begrip van dit proces.
Tielrooij: “Dit soort ontdekkingen kunnen impact hebben op de dynamica van het ladingstransport. Dat kan weer gevolgen hebben voor toekomstige ultrasnelle opto-elektronische apparaten. In het bijzonder zouden ze bruikbaar zijn bij lage temperaturen. Dat maakt het materiaal geschikt voor ruimtevaart- en kwantumtoepassingen.”
Partners in het onderzoek zijn verder de Ludwig-Maximilians-Universität in München en het Catalaanse Instituut voor Nanowetenschappen en Nanotechnologie.
