Hemmelighederne bag vibrationsforstærket ledningsevne i grafen

grafen, det et-atom-tykke materiale lavet af kulstofatomer, stadig har nogle uforklarlige kvaliteter, som er vigtige i forbindelse med elektroniske applikationer, hvor høj ledningsevne betyder noget, lige fra smarte materialer, der tilsammen reagerer på ydre stimuli i en sammenhængende, indstillelig mode, til lysinduceret, helt optiske netværk. Materialer som grafen kan udvise en bestemt type stor amplitude, stabile vibrationstilstande, der er lokaliserede, omtalt som Diskrete Breathers (DB'er). Hemmeligheden bag at forbedre ledningsevnen ved at skabe DB'er ligger i at skabe de eksterne begrænsninger for at få atomer i materialet til at oscillere vinkelret på retningen af ​​grafenarket. Simuleringsbaserede modeller, der beskriver, hvad der sker på atomniveau, er ikke ligetil, gør det nødvendigt at bestemme de indledende betingelser, der fører til fremkomsten af ​​DB'er. I et nyt blad udgivet i EPJ B , Elham Barani fra Ferdowsi University of Mashhad, Iran, og kolleger fra Rusland, Iran og Singapore bruger en systematisk tilgang til at identificere de indledende betingelser, der lægger op til spændende DB'er i grafen, i sidste ende åbner døren til at forstå nøglerne til større ledningsevne.

Forfatterne brugte først simuleringer til at forstå afhængigheden af ​​amplituden af ​​DB-vibrationerne på frekvensen af ​​svingninger. Barani og kolleger etablerede derefter de dynamiske ligninger, der beskriver atomernes vibrerende bevægelse i grafen og indflydelsen af ​​eksterne energipotentialer. De opdagede, at der er præcis én løsning på ligningen, der svarer til fremkomsten af ​​DB-excitationer, som er dikteret af grafens regelmæssige symmetri.

Det mest overraskende fund af denne undersøgelse er, at løsningen, der beskriver betingelserne for at udløse DB'er, ikke påvirkes af amplituden af ​​vibrationstilstanden. Den type interatomiske energipotentialer, der anvendes i simuleringerne til at modellere de eksterne begrænsninger på atomgitteret, ændrer heller ikke, hvordan man bedst inducerer DB'er. Disse resultater giver et værdifuldt teoretisk grundlag for fremtidigt eksperimentelt arbejde.