Den nyeste mode:Grafenkanter kan skræddersyes

Teoretiske fysikere ved Rice University lever på kanten, mens de studerer grafens forbløffende egenskaber. I en ny undersøgelse, de finder ud af, hvordan forskere kan knække grafen nanobånd for at få de kanter, de har brug for til applikationer.

Ny forskning foretaget af Rice-fysiker Boris Yakobson og hans kolleger viser, at det burde være muligt at kontrollere grafen-nanobånds kantegenskaber ved at kontrollere de forhold, hvorunder nanobåndene trækkes fra hinanden.

Den måde, atomer stiller op langs kanten af ​​et bånd af grafen - den atomtykke form af kulstof - styrer, om det er metallisk eller halvledende. Strøm passerer uhindret gennem metallisk grafen, men halvledere tillader en vis kontrol over disse elektroner.

Da moderne elektronik handler om kontrol, halvledende grafen (og halvledende todimensionelle materialer generelt) er af stor interesse for videnskabsmænd og industri, der arbejder på at krympe elektronik til applikationer.

I arbejdet, som udkom i denne måned i tidsskriftet Royal Society of Chemistry Nanoskala , Rice-teamet brugte sofistikeret computermodellering til at vise, at det er muligt at rive nanobånd og få grafen med enten uberørte zigzag-kanter eller det, der kaldes rekonstruerede zigzag.

Perfekt grafen ligner hønsenet, hvor hver seks-atom enhed danner en sekskant. Kanterne på uberørte zigzag ser således ud:////////. Drejning af sekskanterne 30 grader gør kanterne "lænestole, " med flade toppe og bunde holdt sammen af ​​diagonalerne. Kanternes elektroniske egenskaber er kendt for at variere fra metallisk til halvledende, afhængig af båndets bredde.

"Rekonstrueret" refererer til den proces, hvorved atomer i grafen lokkes til at skifte rundt for at danne forbundne ringe med fem og syv atomer. Risberegningerne fastslog, at rekonstruerede zigzags er de mest stabile, en ønskværdig kvalitet for producenterne.

Alt det er fantastisk, men man skal stadig vide, hvordan man laver dem.

"At gøre grafen-baserede nano-enheder ved hjælp af mekaniske brud lyder attraktivt, men det ville ikke give mening, før vi ved, hvordan man får de rigtige typer kanter – og nu gør vi det, " sagde ZiAng Zhang, en Rice-studerende og avisens hovedforfatter.

Yakobson, Zhang og Rice postdoc-forsker Alex Kutana brugte tæthedsfunktionel teori, en beregningsmetode til at analysere det energetiske input fra hvert atom i et modelsystem, at lære, hvordan termodynamiske og mekaniske kræfter ville opnå målet.

Deres undersøgelse viste, at opvarmning af grafen til 1, 000 kelvin og påføring af en lav, men konstant kraft langs den ene akse vil knække den på en sådan måde, at fuldt rekonstruerede 5-7 ringe vil danne og definere de nye kanter. Omvendt frakturering af grafen med lav varme og høj kraft er mere tilbøjelige til at føre til uberørte zigzags.