گروهی از محققان آمریکایی دریافته‌اند که گرافن چندلایه‌ای می‌تواند بسته به نوع قرار گرفتن لایه‌ها روی یکدیگر، فلزی یا عایق باشد. این یافته در تضاد با محاسبات تئوری قرار دارد که پیش‌بینی می‌کند گرافن چند لایه‌ای بدون توجه به شرایط آن فلزی خواهد بود.
مشاهده شکاف باندی در گرافن چندلایه
محققان دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید دریافته‌اند که گرافن چندلایه‌ای می‌تواند بسته به نوع قرار گرفتن لایه‌ها روی یکدیگر، فلزی یا عایق باشد. این یافته در تضاد با محاسبات تئوری قرار دارد که پیش‌بینی می‌کند گرافن چند لایه‌ای بدون توجه به شرایط آن فلزی خواهد بود و نشان می دهد که می‌توان ویژگی‌های الکترونیکی این ماده را با یک تغییر ساده در نحوه انباشته شدن لایه‌های مختلف آن کنترل کرد. این قابلیت در تولید ابزارهای کاربردی مهم خواهد بود.
گرافن به‌دلیل ویژگی‌های الکترونیکی، حرارتی و مکانیکی جالبی که دارد، ماده نویدبخشی برای تولید ابزارهای الکترونیکی مولکولی در آینده به‌شمار می‌رود. اخیراً توجه محققان به گرافن چندلایه معطوف شده است، زیرا انتظار می‌رود به‌دلیل برهمکنش‌های الکترونیکی قوی که میان لایه‌های تشکیل‌دهنده این ساختار وجود دارد، ویژگی‌های حتی جذاب‌تری در آن مشاهده شوند.
گرافن سه‌لایه‌ای دارای دو آرایش متفاوت است: ABA و ABC. تفاوت این دو ساختار تنها در این است که در دومی لایه بالایی تنها به اندازه فاصله یک اتم کربن نسبت به لایه دیگر جابه‌جا شده است (شکل بالا). در سامانه‌های چندلایه‌ای نحوه انباشته شدن لایه‌ها تأثیر بسیار زیادی روی ویژگی‌های الکترونیکی این ساختارها دارد. انتظار می‌رود این تأثیر در گرافن سه‌لایه‌ای شدیدتر باشد؛ پیش‌بینی می‌شود گرافن سه‌لایه‌ای با آرایش ABA یک ماده شبه‌فلز با همپوشانی باندی قابل تنظیم، و گرافن سه‌لایه‌ای با آرایش ABC یک ماده نیمه‌رسانا با شکاف باندی قابل تنظیم باشد.
حال جینی لائو و همکارانش با اندازه‌گیری ویژگی‌های انتقالی گرافن چندلایه به نتایج غیرقابل‌انتظاری دست یافته‌اند؛ آنها نشان داده‌اند که گرافن سه‌لایه‌ای ABA فلزی بوده و گرافن سه‌لایه‌ای ABC عایق است. محاسبات تئوری پیش‌بینی می‌کنند که هر دو آرایش رسانا باشند.
اندازه‌گیری رسانایی
این محققان با نشاندن الکترودهایی روی ابزارهای گرافنی که یا روی یک بستر قرار گرفته بودند و یا به‌صورت معلق در یک حفره درون بستری از Si/SiO2 قرار داشتند، رسانایی آنها را اندازه گرفتند. تحرک‌پذیری اثر زمینه (µ) برای ابزارهای غیرمعلق بین ۲۱۰cm2/Vs تا ۱۹۰۰cm2/Vsو برای ابزارهای معلق بین ۵۰۰۰cm2/Vs تا ۲۸۰۰۰۰cm2/Vs بود.
بنابر گفته محققان این نتایج نشان می‌دهند که گرافن سه‌لایه‌ای ABC دارای یک شکاف باندی ذاتی است که احتمالاً از برهمکنش‌های الکترونیکی قوی در سیستم چندلایه‌ای آن نشأت می‌گیرد. وجود یک شکاف باندی هرچند کوچک برای ساخت ابزارهای الکترونیکی از گرافن ضروری است؛ گرافن به‌طور معمول فاقد این شکاف باندی است.
جزئیات این کار در مجله Nature Physics منتشر شده است.
