Nanoelektronik kunne få et løft fra kulstofforskning

Den mindste elektronik kunne en dag have evnen til at tænde og slukke på atomær skala.

Lawrence Livermore-forskere har undersøgt en måde at skabe lineære kæder af kulstofatomer fra lasersmeltet grafit. Materialet, kaldet carbyne, kunne have en række nye egenskaber, herunder evnen til at justere mængden af ​​elektrisk strøm, der bevæger sig gennem et kredsløb, afhængig af brugerens behov.

Carbyne er genstand for intens forskning på grund af dets tilstedeværelse i astrofysiske kroppe, samt dets potentielle anvendelse i nanoelektroniske enheder og superhårde materialer. Dens lineære form giver den unikke elektriske egenskaber, der er følsomme over for strækning og bøjning, og den er 40 gange stivere end diamant. Det blev også fundet i Murchison- og Allende-meteoritterne og kunne være en ingrediens i interstellart støv.

Ved hjælp af computersimuleringer, LLNL-forsker Nir Goldman og kollega Christopher Cannella (en bachelor-sommerforsker fra Caltech) havde oprindeligt til hensigt at studere egenskaberne af flydende kulstof, når det fordamper, efter at være blevet dannet ved at skinne en laserstråle på overfladen af ​​grafit. Laseren kan opvarme grafitoverfladen til et par tusinde grader, som så danner en ret flygtig dråbe. Til deres overraskelse, da væskedråben fordampede og afkølede i deres simuleringer, det dannede bundter af lineære kæder af carbonatomer.

"Der har været mange spekulationer om, hvordan man laver carbyne, og hvor stabilt det er, " sagde Goldman. "Vi viste, at lasersmeltning af grafit er en levedygtig vej til dets syntese. Hvis du regulerer carbynsyntese på en kontrolleret måde, det kunne have anvendelser som nyt materiale til en række forskellige forskningsområder, herunder som en afstembar halvleder eller endda til brintlagring.

"Vores metode viser, at carbyne let kan dannes i laboratoriet eller på anden måde. Processen kan også forekomme i astrofysiske legemer eller i det interstellare medium, hvor kulstofholdigt materiale kan udsættes for relativt høje temperaturer, og kulstof kan blive flydende."

Goldmans undersøgelse og beregningsmodeller giver mulighed for direkte sammenligning med eksperimenter og kan hjælpe med at bestemme parametre for syntese af kulstofbaserede materialer med potentielt eksotiske egenskaber.

"Vores simuleringer indikerer en mulig mekanisme for carbynfibersyntese, der bekræfter tidligere eksperimentel observation af dens dannelse, " sagde Goldman. "Disse resultater hjælper med at bestemme et sæt termodynamiske betingelser for dets syntese og kunne redegøre for dets påvisning i meteoritter som følge af højtryksforhold som følge af stød."

Forskningen vises på forsiden af ​​17. september-udgaven af Journal of Physical Chemistry .