To su energetski efikasnih prekidača koji brzo deluju, hemijski i biološki senzori, kao i detektori zračenja koji se nisu mogli formirati na običnim poluprovodnicima.
Grafen je dvodimenziona ugljenička struktura debljine jednog atoma. Grafen je skoro u potpunosti providan, ali je istovremeno i toliko gust da ni najmanji atomi gasa ne mogu da prođu kroz njega. Pored toga, dobro provodi elektricitet. Kao materijal, grafen ima izuzetno specifična svojstva. To je veliki kristal, koji je veoma jak – sto puta jači od čelika, a može dosta da se istanji. Grafen je istovremeno i najtanji i najjači poznati materijal.
Osnova svih modernih elektronskih poluprovodnika se naziva takozvani „p-n-prelaz“, područje kontakta dva poluprovodnika sa različitim vrstama provodljivosti. Za elektrone je takav prelaz energetska barijera. Postojanje stepenaste barijere za elektrone u „p-n-prelazu“ određuje njegovu glavnu funkciju u elektronici. Ovaj prelaz je jednostran, struja u njemu može teći samo pri jednoj polarnosti napona.
Tokom 1960. godine su otkrili da „p-n-prelaz“ može da sprovodi struju i zahvaljujući efektu kvantnog tunela, jer se elektroni probijaju pod energetskom barijerom. Slični uređaji, odnosno diode tipa tunela se primenjuju u elektronici gde je niska potrošnja energije.
Drugi važan pravac u elektronici je povećanje brzine elektronskih uređaja. U ovom slučaju se nikako ne može bez novih materijala gde elektroni na svom putu ne nailaze na prepreke. Jedan od takvih materijala je dvoslojni grafen - dvodimenzionalna modifikacija ugljenika koja je formirana od dva sloja grafena koji se nalaze blizu jedan do drugog.
Naučnici u laboratoriji za optoelektroniku dvodimenzionalnih materijala Centra za fotoniku i dvodimenzionalne materijale MFTI su u svojim eksperimentima došli do zaključka da je dominantan kvantni tunelski tip provodljivosti u ovoj vrsti materijala.
„Ono što smo otkrili je veoma perspektivno za elektroniku. Prvo, imamo visoku elektronsku pokretljivost u grafenu što mogućava stvaranje brzih poluprovodnika. Drugo, imamo tunelski način transporta, a to nam pruža mogućnost da upravljamo strujom pri malim naponima, što stvara veliku energetsku efikasnost. Sličnu kombinaciju brzine i energetske efikasnosti nismo mogli da dostignemo u elektronici na osnovu ‘klasičnih’ materijala za poluprovodnike“, naveo je rukovodilac laboratorije za optoelektroniku dvodimenzionalnih materijala MFTI Dmitrij Svincov.
Prema mišljenju autora, efekat koji su pronašli je važan za implementaciju dvoslojnog grafena u digitalnoj elektronici. Efekat tunela u dvoslojnom grafenu omogućiće „da se oseti“ ne samo zračenje, već i količine hemijskih i bioloških jedinjenja. Tačnije, on deluju kao osetljivi hemijski i biološki senzor.
Projekat je ostvaren uz podršku Ruskog naučnog fronda i Ministarstva nauke Ruske Federacije. Rezultati istraživanja su objavljeni u međunarodnom naučnom časopisu „Nano leters“.