Strain muliggør nye anvendelser af 2-D materialer

Superlederes uendelige strøm af elektrisk strøm kunne give nye muligheder for energilagring og supereffektiv elektrisk transmission og generering, for blot at nævne nogle få fordele. Men signaturen nul elektrisk modstand af superledere nås kun under en vis kritisk temperatur, hundredvis af grader celsius under frysepunktet, og er meget dyr at opnå.

Fysikere fra Universitetet i Beograd i Serbien mener, at de har fundet en måde at manipulere supertynd på, waferlignende monolag af superledere, såsom grafen, et monolag af kulstof, dermed ændre materialets egenskaber for at skabe nye kunstige materialer til fremtidige enheder. Resultaterne fra gruppens teoretiske beregninger og eksperimentelle tilgange er offentliggjort i Journal of Applied Physics .

"Anvendelse af biaksial trækbelastning fører til en stigning i den kritiske temperatur, antyder, at opnåelse af superledning ved høj temperatur bliver lettere under belastning, " sagde undersøgelsens første forfatter fra Universitetet i Beograds LEX Laboratory, Vladan Celebonovic.

Holdet undersøgte, hvordan ledningsevne inden for lavdimensionelle materialer, såsom lithium-doteret grafen, ændret sig, når forskellige typer kræfter påførte materialet en "belastning". Strain engineering er blevet brugt til at finjustere egenskaberne af større materialer, men fordelen ved at påføre belastning på lavdimensionelle materialer, kun et atom tykt, er, at de kan tåle store belastninger uden at gå i stykker.

Ledningsevne afhænger af elektronernes bevægelse, og selvom det tog syv måneders hårdt arbejde at udlede regnestykket nøjagtigt for at beskrive denne bevægelse i Hubbard-modellen, holdet var endelig i stand til teoretisk at undersøge elektronvibration og -transport. Disse modeller, sideløbende med beregningsmetoder, afsløret, hvordan stamme introducerer kritiske ændringer til dopet-grafen og magnesium-diborid monolag.

"At sætte et lavdimensionelt materiale under belastning ændrer værdierne af alle materialeparametrene; det betyder, at der er mulighed for at designe materialer i overensstemmelse med vores behov til alle slags applikationer, " sagde Celebonovic, der forklarede, at kombinationen af ​​manipulation af stamme med grafens kemiske tilpasningsevne giver potentialet for en lang række potentielle nye materialer. På grund af den høje elasticitet, styrke og optisk gennemsigtighed af grafen, anvendeligheden kunne være vidtrækkende – tænk fleksibel elektronik og optoelektriske enheder.

Går man et skridt videre, Celebonovic og kolleger testede, hvordan to forskellige tilgange til strain engineering tynde monolag af grafen påvirkede 2-D-materialets gitterstruktur og ledningsevne. Til flydende fase "eksfolierede" grafenark, holdet fandt ud af, at strækspændinger trak individuelle flager fra hinanden og dermed øgede modstanden, en egenskab, der kunne bruges til at lave sensorer, såsom touchskærme og e-skin, et tyndt elektronisk materiale, der efterligner funktionaliteterne af menneskelig hud.

"I atomkraftmikroskopiundersøgelsen af ​​mikromekanisk eksfolierede grafenprøver, vi viste, at de producerede skyttegrave i grafen kunne være en fremragende platform til at studere lokale ændringer i grafenledningsevne på grund af belastning. Og disse resultater kan relateres til vores teoretiske forudsigelse om virkningerne af belastning på ledningsevnen i endimensionelle systemer, " sagde Jelena Pesic, en anden forfatter på papiret, fra Universitetet i Beograds Graphene Laboratory.

Selvom holdet forudser mange udfordringer med at realisere de teoretiske beregninger fra dette papir eksperimentelt, de er begejstrede for, at deres arbejde snart kan "revolutionere området for nanoteknologi."