(Phys.org) —De minuscules nanorubans de carbone pourraient être utilisés pour fabriquer un capteur de champ magnétique pour de nouveaux appareils électroniques.

Des chercheurs de Singapour ont conçu un interrupteur électronique qui réagit aux changements d'un champ magnétique1. L'appareil repose sur le graphène, une couche conductrice d'électricité solide et flexible d'atomes de carbone disposés en nid d'abeille.

Seng Ghee Tan de l'Institut de stockage de données A*STAR, avec des collègues de l'Université nationale de Singapour, utilisé des modèles théoriques pour prédire les propriétés de leur dispositif proposé, connu sous le nom de transistor à effet de champ magnétique.

Le transistor est basé sur deux nanorubans de graphène, chacun de quelques dizaines de nanomètres de large, qui se rejoignent bout à bout. Les atomes le long des bords de ces nanorubans sont disposés dans une configuration de « fauteuil », un motif qui ressemble aux créneaux en retrait des murs du château. Si ces bords étaient en zigzag, cependant, le matériau aurait des propriétés électriques différentes.

L'un des nanorubans du transistor de l'équipe agit comme un conducteur métallique qui permet aux électrons de circuler librement; L'autre, légèrement plus large, Le nanoruban est un semi-conducteur. Sous des conditions normales, les électrons ne peuvent pas voyager d'un nanoruban à l'autre parce que leurs fonctions d'onde quantiques - la probabilité de trouver des électrons dans les matériaux - ne se chevauchent pas.

Un champ magnétique, cependant, fausse la distribution des électrons, changer leurs fonctions d'onde jusqu'à ce qu'elles se chevauchent et permettre au courant de circuler d'un nanoruban à l'autre. L'utilisation d'un champ externe pour modifier la résistance électrique d'un conducteur de cette manière est connue sous le nom d'effet de magnétorésistance.

L'équipe a calculé comment les électrons se déplaceraient dans les nanorubans sous l'influence d'un champ magnétique de 10 tesla - l'équivalent approximatif de celui produit par un grand aimant supraconducteur - à une plage de températures différentes.

Tan et ses collègues ont découvert que des champs magnétiques plus importants permettaient à plus de courant de circuler, et l'effet était plus prononcé à des températures plus basses. À 150 kelvins, par exemple, le champ magnétique induit un effet de magnétorésistance très important et le courant circule librement. À température ambiante, l'effet a légèrement diminué mais a permis encore un courant considérable. A 300 kelvins, l'effet de magnétorésistance était environ deux fois moins fort.

Les chercheurs ont également découvert qu'à mesure que la tension aux bornes des nanorubans augmentait, les électrons avaient suffisamment d'énergie pour se frayer un chemin à travers le commutateur et l'effet de magnétorésistance a diminué.

D'autres chercheurs ont récemment produit des nanorubans de graphène avec des bords atomiquement précis, similaires à ceux de la conception proposée. Tan et ses collègues suggèrent que si des techniques de fabrication similaires étaient utilisées pour construire leur appareil, ses propriétés pourraient se rapprocher de leurs prédictions théoriques.