‘Drie jaar geleden waren we ook aan het experimenteren met grafeentransistoren, maar dit is de eerste transistor die is te gebruiken in een geïntegreerd circuit op een computerchip. Hij kan chips sneller en kleiner gaan maken.’

Grafeentransistoren staan al sinds 2004 in de belangstelling van grote chipfabrikanten als IBM, Samsung, Texas Instruments en Intel. Tot nu toe zijn in talrijke laboratoria al grafeentransistoren gedemonstreerd met extreem hoge schakelfrequenties van 300 GHz, maar uit al die transistoren lekt zoveel stroom weg, dat meerdere grafeentransistoren samengepakt op chip zouden smelten.

De Nijmegenaren, met medewerking van hun vroegere collega’s en Nobelprijswinnaars Andre Geim en Konstantin Novoselov, ontwierpen op basis van grafeen een compleet nieuw type transistor, een zogeheten field-effect tunneling transistor. Grafeen ligt daarin ingeklemd tussen isolerende monolagen van boornitride en molybdeensulfide en fungeert als een elektrode. Elektronen uit grafeen kunnen kwantummechanisch ‘tunnelen’ door de isolerende laagjes. Een unieke eigenschap van grafeen is dat de energie van deze tunnelende elektronen wordt bepaald door de spanning over de laag. Op deze wijze zijn transistoren elektrisch ‘open’ en ‘dicht’ te zetten, zoals in geïntegreerde circuits gebeurt. Uit de tunnelende transistoren lekt nauwelijks stroom weg.

‘Onze transistoren kunnen in de toekomst verkleind worden tot nanoschaal’, voorspelt Katsnelson. ‘We verwachten dat ze kunnen schakelen met snelheden rond de terahertz.’ Volgens de natuurkundige is de tunneling transistor nog maar één van de functionele apparaten die mogelijk zijn met gestapelde monolaagjes van grafeen en andere isolerende, geleidende of halfgeleidende monolaagjes.