Fysikere opvarmer fritstående grafen for at kontrollere krumning af krusninger

(Phys.org) - Et internationalt team af fysikere, ledet af en forskergruppe ved University of Arkansas, har opdaget, at opvarmning kan bruges til at kontrollere krusningen af ​​krusninger i fritstående grafen.

Fundet giver grundlæggende indsigt i forståelsen af ​​den påvirkningstemperatur, der udøver på dynamikken i fritstående grafen. Dette kan drive fremtidige anvendelser af de fleksible kredsløb til forbrugerenheder, såsom mobiltelefoner og digitale kameraer.

Mens fritstående grafen giver løfte som erstatning for silicium og andre materialer i mikroprocessorer og næste generations energienheder, meget er stadig ukendt om dets mekaniske og termiske egenskaber.

Forskerteamet offentliggjorde sine resultater onsdag, 17. september, i et papir med titlen "Termisk spejlbukning i fritstående grafen lokalt kontrolleret ved scanning af tunnelmikroskopi" i onlinebladet Naturkommunikation , en udgivelse af tidsskriftet Natur .

Tidligere har forskere har brugt elektrisk spænding til at forårsage store bevægelser og pludselige ændringer i krusningen af ​​krusninger i fritstående grafen, sagde Paul Thibado, professor i fysik ved University of Arkansas. I denne avis, teamet viste, at en alternativ metode, termisk belastning, kan bruges til at styre disse bevægelser.

"Forestil dig at tage en racquetball og skære den i halve, sagde Thibado, en ekspert i eksperimentel fysik af kondenseret stof. "Du kan invertere det ved at trykke på det. Det er det, vi gjorde her med et tværsnit af en enkelt krusning af fritstående grafen i nanometerskalaen. De fleste materialer udvider sig, når du opvarmer dem. Grafen trækker sig sammen, hvilket er meget usædvanligt. Så når vi opvarmede dette tværsnit, i stedet for at udvide det trak sig sammen, og at termisk belastning fik det til at spænde i den modsatte retning. "

Graphene, opdaget i 2004, er et et-atom-tykt ark af grafit. Elektroner, der bevæger sig gennem grafit, har masse og støder på modstand, mens elektroner, der bevæger sig gennem grafen, er masseløse, og rejser derfor meget mere frit. Dette gør grafen til et glimrende kandidatmateriale til brug for at imødekomme fremtidige energibehov og fremstilling af kvantecomputere, som foretager enorme beregninger med lidt energiforbrug.

Undersøgelsen blev ledet af Peng Xu, tidligere en postdoktoral forskningsassistent i Institut for Fysik ved University of Arkansas og i øjeblikket en postdoktoral forskningsassistent ved University of Maryland.

Xu og Thibado brugte scanningstunnelmikroskopi, som producerer billeder af individuelle atomer på en overflade, kombineret med storskala molekylær dynamiske simuleringer for at demonstrere det termiske spejlbøjning.

I avisen, den tredje offentliggjort i et større tidsskrift af forskerholdet i 2014, de foreslår et koncept for et nyt instrument, der udnytter styringen af ​​spejlbøjningen:en nanoskala elektro-termisk-mekanisk enhed.

En sådan anordning ville give et alternativ til mikroelektromekaniske systemer, som er bittesmå maskiner, der aktiveres elektrisk. Fordelen ved denne nanoskala elektro-termisk-mekaniske enhed ville være evnen til at ændre sin ydelse ved hjælp af elektricitet eller varme. Ud over, termiske belastninger kan give en betydeligt større kraft.