Forskere beregner elektriske egenskaber af kulstofkegler, andre former

Bøjning af grafen kan være den mest grundlæggende måde at kontrollere dets elektriske egenskaber på, ifølge beregninger fra teoretiske fysikere ved Rice University og i Rusland.

Boris Yakobsons rislaboratorium i samarbejde med forskere i Moskva fandt, at effekten er udtalt og forudsigelig i nanokoner og bør gælde på samme måde for andre former for grafen.

Forskerne opdagede, at det muligvis er muligt at få adgang til det, de kalder en elektronisk flexoelektrisk effekt, hvor de elektroniske egenskaber af et ark grafen kan manipuleres ved blot at vride det på en bestemt måde.

Værket vil være af interesse for dem, der overvejer grafenelementer i fleksible berøringsskærme eller hukommelser, der lagrer bits ved at kontrollere elektriske dipolmomenter af carbonatomer, sagde forskerne.

Perfekt grafen-et atom-tykt lag kulstof-er en leder, da dets atomers elektriske ladninger balancerer hinanden ud på tværs af planet. Men krumning i grafen komprimerer elektronskyerne af bindingerne på den konkave side og strækker dem på den konvekse side, dermed ændre deres elektriske dipolmomenter, den egenskab, der styrer, hvordan polariserede atomer interagerer med eksterne elektriske felter.

Forskerne, der offentliggjorde deres resultater i denne måned i American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry Letters opdagede, at de kunne beregne den flexoelektriske effekt af grafen rullet ind i en kegle af enhver størrelse og længde.

Forskerne brugte tæthedsfunktionel teori til at beregne dipolmomenter for individuelle atomer i et grafengitter og derefter finde ud af deres kumulative effekt. De foreslog, at deres teknik kunne bruges til at beregne effekten for grafen i andre mere komplekse former, som rynkede lagner eller forvrængede fullerener, flere af dem analyserede de også.

"Mens dipolmomentet er nul for fladt grafen eller cylindriske nanorør, der imellem er der en familie af kogler, faktisk produceret i laboratorier, hvis dipolmomenter er signifikante og skaleres lineært med keglængden, " sagde Yakobson.

Kulstof nanorør, sømløse cylindre af grafen, vis ikke et totalt dipolmoment, han sagde. Selvom det ikke er nul, de vektorinducerede øjeblikke annullerer hinanden.

Sådan er det ikke med en kegle, hvor balancen mellem positive og negative ladninger er forskellig fra et atom til det næste, på grund af lidt forskellige spændinger på bindingerne efterhånden som diameteren ændres. Forskerne bemærkede, at atomer langs kanten også bidrager elektrisk, men ved at analysere to kegler, der var forankret kant-til-kant, kunne de annullere, forenkling af beregningerne.

Yakobson ser potentielle anvendelser for den nyfundne egenskab. "En muligvis vidtrækkende karakteristik er i spændingsfaldet over en buet plade, " sagde han. "Det kan give en mulighed for lokalt at variere arbejdsfunktionen og at konstruere båndstrukturens stabling i dobbeltlag eller flere lag ved deres bøjning. Det kan også tillade skabelsen af ​​skillevægge og hulrum med varierende elektrokemisk potentiale, mere 'sur' eller 'basisk', ' afhængig af krumningen i 3-D kulstofarkitekturen."