Neue Elektronik aus "magischem" Graphen

Sandwich aus Bornitrid und Graphen: neue Eigenschaften vielfältig nutzbar (Illustration: mit.edu)

Cambridge (pte021/31.01.2023/11:38) - Forscher des Massachusetts Institute of Technology ( https://www.mit.edu ) (MIT) haben eine neue Verhaltensweise von übereinander gelegten Graphenfolien entdeckt, die in einem "magischen Winkel" gegeneinander verdreht sind: Bei einer sehr tiefen Temperatur sind sie supraleitend, setzen elektrischem Strom also keinen Widerstand entgegen. Er fließt verlustfrei. Und genau diese Eigenschaft lässt sich mit einem elektrischen Signal ausschalten. Auch ist der Vorgang sogar reversibel und bietet demnach ein großes Anwendungspotenzial, heißt es.

Ultraschnell und energieeffizient

Die Entdeckung könnte zu ultraschnellen, energieeffizienten supraleitenden Transistoren für neuromorphe Bauelemente führen - also Elektronik, die sich ähnlich schnell wie Neuronen im menschlichen Gehirn ein- und ausschalten lässt. 2018 waren MIT-Experte Pablo Jarillo-Herrero und seine Gruppe die Ersten, die magisch verdrehtes Doppelschicht-Graphen demonstrierten.

Sie zeigten, dass es sich wie ein Isolator verhält, ähnlich wie Holz, wenn ein bestimmtes kontinuierliches elektrisches Feld angelegt wird. Bei einer Erhöhung der Feldstärke verwandelte sich der Isolator plötzlich in einen Supraleiter, der Elektronen reibungsfrei fließen ließ.

Bornitrid macht den Unterschied

Diese Entdeckung war ein Wendepunkt auf dem Gebiet der jungen Forschungsdisziplin Twistronik, die untersucht, wie bestimmte elektronische Eigenschaften aus dem Verdrehen und Schichten von zweidimensionalen Materialien entstehen. Bisher wirken solche "Schalter" eher wie Dimmer, da ein kontinuierliches elektrisches oder magnetisches Feld angelegt werden muss, um die Supraleitung aufrechtzuerhalten. Jetzt reichen dazu kurze elektromagnetische Pulse.

Der Schlüssel dazu ist eine Kombination aus Drehen und Stapeln der Graphenfilme, die sich zwischen zwei gegeneinander versetzten Schichten von Bornitrid befinden, das ist ein zweidimensionales Isoliermaterial. "Es ist das erste Mal, dass ein supraleitendes Material hergestellt wurde, das sich abrupt elektrisch ein- und ausschalten lässt. Das könnte den Weg für eine neue Generation verdrillter, graphenbasierter supraleitender Elektronik ebnen", sagt Jarillo-Herrero.

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