محققان آمريکايي دريافتند: اگر تعداد الکترون‌ها در ورقه دولايه گرافني به صفر نزديک شود، آن‌گاه اين ماده به عايق تبديل مي‌شود. نتايج کار اين گروه نشان مي‌دهد که باندگپ انرژي در دولايه گرافني با افزايش ميدان مغناطيسي افزايش مي‌يابد.

گرافن نازکترين ماده موجود در طبيعت است که از اتم‌هاي کربن به ضخامت يک اتم تشکيل شده و ساختار لانه زنبوري دارد. زماني که دو لايه گرافن روي هم قرار گيرند، ساختار «دولايه گرافني» به وجود مي‌آيد. اين ساختار نيز همانند گرافن داراي هدايت الکتريکي بالا است. دليل اين امر، سرعت بسيار بالاي الکترون‌ها در حين عبور از ورقه گرافني است.

محققان دانشگاه کاليفرنيا در مقاله‌اي که اخيرا در نشريه «Nature Nanotechnology» به چاپ رساندند، مدعي شدند که اگر تعداد الکترون‌ها در ورقه دولايه گرافني به صفر نزديک شود، اين ماده به عايق تبديل مي‌شود. نتايج اين تحقيق موجب پديدار شدن مفهوم جديدي در به کارگيري گرافن در صنعت الکترونيک و نيمه‌هادي مي‌شود.

«چان نينگ لو»، استاديار دانشکده فيزيک دانشگاه کاليفرنيا و نويسنده اول اين مقاله مي‌گويد: زماني که تعداد الکترون‌هاي موجود در دولايه گرافني بسيار کم مي‌شود، اين الکترون‌ها به‌ طور خود‌به خودي سازمان‌دهي خود را تغيير داده و به ‌صورت عايق در مي‌آيند. به ‌همين دليل الکترون‌ها به جاي اين که به ‌صورت تصادفي حرکت کنند، در يک مسير مشخص حرکت مي‌کنند. در فيزيک به اين پديده «شکست تقارن خودبه‌خودي» گفته مي‌شود.

«لو» مي‌افزايد: يک رساناي معمولي داراي تعداد زيادي الکترون است که به ‌صورت تصادفي حرکت مي‌کنند، همانند تعداد زيادي مهمان در يک ضيافت شام که روي صندلي مشخصي ننشسته‌اند. حال صحنه‌اي را تصور کنيد که تنها چهار مهمان در ضيافت حضور داشته و آنها بدون اين که با هم تماسي داشته باشند، دور ميز مي‌نشينند. بنابراين زماني‌که الکترون‌ها اندک هستند، رفتار کاملا منظمي دارند.

«آلن مک دونالد» از دانشگاه تگزاس و نويسنده ديگر اين مقاله مي‌گويد: ما توانستيم جرم نوع جديدي از ذرات کوانتومي که تنها در بلورهاي دولايه گرافني يافت مي‌شود را اندازه‌گيري کنيم.

وي مي‌افزايد: انگيزه ما از انجام اين پروژه، نتايج يک کار نظري بود که در آن پيش‌بيني شده بود از درون دريا الکترون موجود در دولايه گرافني مي‌توان ذرات جديدي را استخراج کرد. نتايج کار اين پروژه وجود چنين ذراتي را تاييد مي‌کند.

يکي از يافته‌هاي اين تحقيق آن است که گپ انرژي در دولايه گرافني با افزايش ميدان مغناطيسي افزايش مي‌يابد. در فيزيک حالت جامد، گپ انرژي يا باند گپ به محدوده انرژي اطلاق مي‌شود که در آن هيچ الکتروني يافت نمي‌شود. بنابراين اندازه باندگپ تعيين کننده اين است که يک ماده فلز بدون باندگپ، نيمه‌هادي با باندگپ کوچک يا عايق با باندگپ بزرگ است.