Forskere sporer krusninger i fritstående grafen for første gang

(Phys.org) - Et internationalt team af forskere, ledet af fysikere ved University of Arkansas, har sporet den dynamiske bevægelse af krusninger i fritstående grafen på atomniveau.

Denne opdagelse fremmer den grundlæggende forståelse for en af ​​de stærkeste, letteste og mest ledende materialer, sagde Paul Thibado, Professor i fysik ved University of Arkansas.

"Fysikere har vidst, at krusningerne skal være der, og nogle forsøg fandt dem, "sagde han." Men de kunne kun måle krusningerne som statiske i tide. Teorien kræver, at de svinger, mere som at se på et hav med bølger. Den termiske energi skal vibrere. Indtil vores eksperiment havde ingen med succes målt denne dynamiske egenskab af krusninger. "

Teamet offentliggjorde sine resultater mandag d. 28. april kl. i Naturkommunikation , en online journal udgivet af tidsskriftet Natur , i et papir med titlen "Usædvanlige ultralave frekvensudsving i fritstående grafen."

Fritstående grafen kan dukke op som en erstatning for silicium og andre materialer i mikroprocessorer og næste generations energienheder, men meget er stadig ukendt om dets mekaniske og termiske egenskaber.

Graphene, opdaget i 2004, er et et-atom-tykt ark af grafit. Elektroner, der bevæger sig gennem grafit, har masse og støder på modstand, men elektroner, der bevæger sig gennem grafen, er masseløse og støder derfor på meget mindre modstand. Dette gør grafen til et glimrende kandidatmateriale til fremtidige energibehov, samt til brug i kvantecomputere, at muliggøre enorme beregninger med lidt energiforbrug.

Undersøgelsen blev ledet af Peng Xu, en postdoc forsker i fysikafdelingen ved J. William Fulbright College of Arts and Sciences ved University of Arkansas.

Xu og Thibado brugte scanningstunnelmikroskopi, som producerer billeder af individuelle atomer på en overflade, til måling af ultralave frekvensudsving i et en-kvadrat-ångstrøm-område af fritstående grafen. En angstrom er en længdeenhed svarende til et hundrede milliontedels centimeter.

Disse udsving, kendt som iboende krusninger, har været ekstremt vanskelige at studere, fordi deres lodrette bevægelse normalt skaber slørede billeder, Sagde Thibado. Forskerne ved University of Arkansas frembragte med succes klare billeder, gør dem i stand til at præsentere en model fra elasticitetsteori til at forklare de meget lavfrekvente svingninger. I fysikken, elasticitet er de faste materialers tendens til at vende tilbage til deres oprindelige form efter deformation.

Forskernes innovative scanning tunneling mikroskopi teknik giver en tiltrængt atomskala sonde for den tidsafhængige adfærd af iboende krusninger, sagde Thibado, en ekspert i eksperimentel fysik af kondenseret stof. Krusningsdynamikken er vigtig for at forstå mekanisk stabilitet og grafens effektive transportegenskaber for termisk ledningsevne.

I det sidste årti, teoretiske fysikere forudsagde en bøjningsmåde i todimensionalt materiale grafen, der kobles til en strækningsmåde af grafen. Uden den bøjning og kobling, fritstående grafen ville ikke eksistere, Sagde Thibado.