Grafeen is een koolstoflaagje van slechts een atoom dik, gerangschikt in een honingraatmotief, dat uitstekend elektrisch geleidt. Die eigenschappen maken het materiaal interessant voor gebruik in supersnelle, kleine en flexibele elektronica. Grafeen blijkt naast als halfgeleider meer toepassingsmogelijkheden te hebben, zoals als minuscule schakelaar. Onderzoekers van de Universiteit van Californië ontdekten per toeval dat als je een laagje grafeen vervormt, er driehoekige nanobubbeltjes, als een soort verdraaiingen in het atoomrooster ontstaan. In die nanobubbeltjes gedragen de elektronen zich volgens de onderzoekers op een ‘bizarre manier’, alsof ze in een zeer sterk magnetisch veld zitten.

De elektronen in elke nanobubbel nemen een vast energieniveau aan, in plaats van samen een energieband te vormen zoals in een gewone grafeenlaag. ‘Door grafeen mechanisch te vervormen, kunnen we de elektronische eigenschappen ervan beter controleren’, laat Michael Crommie uit het onderzoeksteam weten. Zij doen deze week verslag in Science. ‘We kunnen zo de elektronen in de nanobubbeltjes sturen om bijvoorbeeld te werken als schakelaar, transducer of geleider. De aansturing kan door mechanisch nanobubbels te vormen. Bijvoorbeeld door een grafeenlaagje over een gat met een bepaalde vorm te plaatsen, en er onder invloed van elektrische spanning aan te trekken. Of door grafeen actief te vervormen met behulp van piëzo-elektrische elementen.’

‘We kunnen op deze manier ook compleet nieuwe elektronische toepassingen maken, zoals mechanische spanningssensoren’, aldus Crommie. Hij en zijn onderzoeksteam willen bovendien onderzoeken hoe elektronen bewegen in een bijzonder sterk (pseudo) magnetische veld. Het energieniveau van een elektron in de nanobubbeltjes komt namelijk overeen met wat een elektron in een magnetisch veld van driehonderd tesla zou aannemen. Dat is veel hoger dan wat een laboratorium kan nabootsen en is dus nog nooit bestudeerd. Ter vergelijking: de sterkste MRI-scanner in het ziekenhuis haalt zeven tesla en in het laboratorium is met pulsmagneten – gedurende minder dan een seconde – maximaal honderd tesla gehaald.

Paul Schilperoord