Для устройства, сделанного из двух слоёв графена, экспериментально продемонстрирована возможность контролировать момент электронов, что стало важным достижением в волитронике — новом направлении физики, которое в перспективе позволит создавать схемы, потребляющие меньше энергии и рассеивающие меньше тепла, чем стандартные кремниевые транзисторы.

По словам руководителя этого исследовательского проекта и автора статьи в Nature Nanotechnology, адъюнкт-профессора физики Пенсильванского университета (Penn State), Цзюнь Чжу (Jun Zhu), современные кремниевые транзисторы используют в своей работе заряд электронов, но во многих лабораториях ищут новые способы манипулирования электронами, базирующиеся на других переменных, называемых степенями свободы. Заряд это одна степень свободы. Спин электронов — другая, и использующие её спинтронные транзисторы пока находятся на этапе разработки. Третья степень свободы это долинное (valley) состояние электронов, основанное на соотношении их энергии и момента.

В бислойном графене электроны обычно занимают оба долинных состояния и распространяются во всех направлениях, однако сконструированное в Penn State устройство с парой вентилей, расположенных по обе стороны графеновой плоскости, заставляет их двигаться встречными курсами.

Прикладывая положительное напряжение с одной стороны и отрицательное с другой, ученые открывали в бислойном графене запрещённую зону, которая обычно там отсутствует. Посередине, между двумя сторонами, они оставляли физический зазор шириной около 70 нм, в котором и возникали одномерные металлические состояния или «провода», действующие как магистрали с односторонним движением для электронов только в определенном долинном состоянии.

Теоретически такие провода должны иметь ничтожно малое сопротивление. На практике это не так, поэтому авторы продолжают эксперименты с целью выяснить причины возникновения сопротивления. Но главная цель работы успешно достигнута: доказано, что топологические проводящие каналы можно создавать внутри бислойного образца графена, причём достаточно просто, с помощью всего нескольких вентилей.