Ny metode giver kontrol over belastning af grafenmembraner

(PhysOrg.com) -- Grafen kunne være materialernes superhelt – det er let, stærk og leder varme og elektricitet effektivt, hvilket gør det til et fantastisk materiale til potentiel brug i alle former for elektronik. Og fordi det er lavet af kulstofatomer, grafen er billigt og rigeligt. Dens elektriske og mekaniske egenskaber påvirker også hinanden på unikke måder. Men før fritstående grafen kan leve op til sit potentiale, videnskabsmænd skal være i stand til at kontrollere disse egenskaber.

En gruppe fysikere fra University of Arkansas og andre institutioner har udviklet en teknik, der giver dem mulighed for at kontrollere den mekaniske ejendom, eller stamme, på fritstående grafen, ark af et-atom tykt kulstof suspenderet over toppen af ​​små firkanter af kobber. Ved at kontrollere belastningen af ​​fritstående grafen, de kan også kontrollere andre egenskaber af dette vigtige materiale.

"Hvis du udsætter grafen for belastning, du ændrer dens elektroniske egenskaber, ” sagde fysikprofessor Salvador Barraza-Lopez. Belastning på fritstående grafen får materialet til at opføre sig som om det befinder sig i et magnetfelt, selvom der ikke er magneter til stede, en ejendom, som forskere vil udnytte - hvis de kan kontrollere den mekaniske belastning.

For at kontrollere den mekaniske belastning, Forskere fra University of Arkansas udviklede en ny eksperimentel tilgang. Fysikerne Peng Xu, Paul Thibado og elever i Thibados gruppe undersøgte fritstående grafenmembraner strakt over tynde firkantede "digler, " eller masker, af kobber. De udførte scanning tunneling mikroskopi med en konstant strøm for at studere overfladen af ​​grafen membraner. Denne type mikroskopi bruger en lille elektronstråle til at skabe et konturkort af overfladen. For at holde strømmen konstant, forskere ændrer spændingen, når spidsen af ​​scanningstunnelmikroskopet bevæger sig op og ned, og forskerne fandt ud af, at dette får den fritstående grafenmembran til at ændre form.

”Membranen forsøger at røre spidsen, ”Sagde Barraza-Lopez. De opdagede, at den elektriske ladning mellem spidsen og membranen påvirker membranens position og form. Så ved at ændre tipspændingen, forskerne kontrollerede belastningen på membranen. Denne kontrol bliver vigtig for at kontrollere grafens pseudomagnetiske egenskaber.

I forbindelse med forsøgene Barraza-Lopez, Yurong Yang fra University of Arkansas og Nanjing University, og Laurent Bellaiche fra University of Arkansas undersøgte teoretiske systemer, der involverer grafenmembraner, for bedre at forstå denne nyfundne evne til at kontrollere stammen skabt af den nye teknik. De verificerede mængden af ​​belastning på disse teoretiske systemer og simulerede placeringen af ​​scanningstunnelmikroskopispidsen i forhold til membranen. Mens du gør det, de opdagede, at interaktionen mellem membranen og spidsen afhænger af spidsens placering på det fritstående grafen. Dette gør det muligt for forskere at beregne det pseudomagnetiske felt for en given spænding og belastning.

"Hvis du kender belastningen, du kan bruge teori og beregne, hvor stort det pseudomagnetiske felt kan være, ”Sagde Barraza-Lopez. De fandt ud af, at på grund af grænserne skabt af den firkantede kobberdigel, det pseudomagnetiske felt svinger frem og tilbage mellem positive og negative værdier, så videnskabsmænd rapporterer den maksimale værdi for feltet i stedet for en konstant værdi.

"Hvis du var i stand til at gøre diglerne trekantede, du ville være tættere på at have ikke-oscillerende felter, " sagde Barraza-Lopez. "Dette ville bringe os tættere på at bruge denne pseudomagnetiske egenskab ved grafenmembraner på en kontrolleret måde."

Forskerne rapporterer deres resultater i Fysisk gennemgang B Hurtig kommunikation .