p Um dispositivo feito de grafeno de duas camadas, um arranjo hexagonal atomicamente fino de átomos de carbono, fornece prova experimental da capacidade de controlar o momento dos elétrons e oferece um caminho para a eletrônica que poderia exigir menos energia e emitir menos calor do que os transistores baseados em silício padrão. É um passo à frente em um novo campo da física chamado Valleytronics. p "Dispositivos de transistor baseados em silício atuais dependem da carga de elétrons para ligar ou desligar o dispositivo, mas muitos laboratórios estão procurando novas maneiras de manipular elétrons com base em outras variáveis, chamados de graus de liberdade, "disse Jun Zhu, professor associado de física, Estado de Penn, quem dirigiu a pesquisa. "A carga é um grau de liberdade. O spin do elétron é outro, e a capacidade de construir transistores baseados em spin, chamado spintrônica, ainda está em fase de desenvolvimento. Um terceiro grau eletrônico de liberdade é o estado de vale dos elétrons, que se baseia em sua energia em relação ao seu momento. "

p Pense nos elétrons como carros e os estados do vale como cores azul e vermelho, Zhu sugeriu, apenas como forma de diferenciá-los. Dentro de uma folha de grafeno de duas camadas, elétrons normalmente ocuparão estados de vale vermelho e azul e viajarão em todas as direções. O dispositivo é Ph.D. aluna, Jing Li, tem trabalhado pode fazer os carros vermelhos irem em uma direção e os carros azuis na direção oposta.

p "O sistema que Jing criou coloca um par de portas acima e abaixo de uma folha de grafeno de duas camadas. Em seguida, ele adiciona um campo elétrico perpendicular ao plano, "Zhu disse.

p "Aplicando uma voltagem positiva de um lado e uma voltagem negativa do outro, um bandgap se abre em grafeno de duas camadas, que normalmente não tem, "Li explicou." No meio, entre os dois lados, deixamos uma lacuna física de cerca de 70 nanômetros. "

p Dentro desta lacuna vivem estados metálicos unidimensionais, ou fios, que são vias expressas codificadas por cores para elétrons. Os carros vermelhos viajam em uma direção e os carros azuis viajam na direção oposta. Em teoria, elétrons coloridos podiam viajar desimpedidos ao longo dos fios por uma longa distância com muito pouca resistência. Resistência menor significa que o consumo de energia é menor em dispositivos eletrônicos e menos calor é gerado. Tanto o consumo de energia quanto o gerenciamento térmico são desafios nos dispositivos miniaturizados atuais.

p "Nossos experimentos mostram que os fios metálicos podem ser criados, "Li disse." Embora ainda estejamos muito longe das aplicações. "

p Zhu acrescentou, "É bastante notável que tais estados possam ser criados no interior de uma folha de grafeno de camada dupla isolante, usando apenas alguns portões. Eles ainda não estão livres de resistência, e estamos fazendo mais experimentos para entender de onde pode vir a resistência. Também estamos tentando construir válvulas que controlem o fluxo de elétrons com base na cor dos elétrons. Esse é um novo conceito de eletrônica chamado Valleytronics. "

p Li trabalhou em estreita colaboração com a equipe técnica da instalação de nanofabricação da Penn State para transformar a estrutura teórica em um dispositivo funcional.

p "O alinhamento dos portões superior e inferior foi crucial e não um desafio trivial, "disse Chad Eichfeld, engenheiro de nanolitografia. "Os recursos de litografia de feixe de elétrons de última geração no Laboratório de Nanofabricação da Penn State permitiram que Jing criasse este novo dispositivo com recursos em nanoescala."