Forskere forklarer grafenmysterium

Nanoskala -simuleringer og teoretisk forskning udført ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory bringer forskere tættere på at realisere grafens potentiale i elektroniske applikationer.

Et forskerhold ledet af ORNL's Bobby Sumpter, Vincent Meunier og Eduardo Cruz-Silva har opdaget, hvordan sløjfer udvikler sig i grafen, et elektrisk ledende materiale med lav styrke og lav vægt, der ligner en honningkage i atomskala.

Strukturelle sløjfer, der undertiden dannes under en grafenrensningsproces, kan gøre materialet uegnet til elektroniske applikationer. At overvinde denne type problemer er af stor interesse for elektronikindustrien.

"Graphene er en stigende stjerne i materialeverdenen, i betragtning af dets potentiale til brug i præcise elektroniske komponenter som transistorer eller andre halvledere, "sagde Bobby Sumpter, en personaleforsker ved ORNL.

Teamet brugte kvantemolekylær dynamik til at simulere en eksperimentel grafenrensningsproces, som diskuteret i et papir offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve . Beregninger udført på ORNL -supercomputere pegede forskerne på et overset mellemtrin under behandlingen.

Billeddannelse med et transmissionselektronmikroskop, eller TEM, udsatte grafen for elektronbestråling, hvilket i sidste ende forhindrede loop -dannelse. ORNL -simuleringerne viste, at ved at injicere elektroner for at indsamle et billede, elektronerne ændrede samtidigt materialets struktur.

"At tage et billede med en TEM er ikke kun at tage et billede, "Sagde Sumpter." Du kan ændre billedet samtidig med, at du ser på det. "

Forskningen bygger på fund, der blev diskuteret i 2009 Videnskab papir (Jia et al.), hvor Meunier og Sumpter hjalp med at demonstrere en proces, der renser grafenkanter ved at føre en strøm gennem materialet i en proces kendt som Joule -opvarmning. Grafen er kun lige så godt som ensartethed eller renhed af kanterne, som bestemmer, hvor effektivt materialet kan transmittere elektroner. Meunier sagde, at evnen til effektivt at rense grafenkanter er afgørende for at bruge materialet i elektronik.

"Forestil dig, at du har en lækker sportsvogn, men så indser du, at den har firkantede hjul. Hvad nytter det? Det er som at have spidsede kanter på grafen, "Sagde Meunier.

Nylige eksperimentelle undersøgelser har vist, at Joule -opvarmningsprocessen kan føre til uønskede sløjfer, der forbinder forskellige grafenlag. PRL -papiret giver en atomistisk forståelse af, hvordan elektronbestråling fra et transmissionselektronmikroskop påvirker grafenrensningsprocessen ved at forhindre loopdannelse.

"Vi kan rense kanterne, og ikke kun det, vi er i stand til at forstå, hvorfor vi kan rense dem, "Sagde Meunier.