(PhysOrg.com) -- Grafeen zou de superheld van materialen kunnen zijn - het is licht, sterk en geleidt warmte en elektriciteit effectief, waardoor het een geweldig materiaal is voor mogelijk gebruik in allerlei soorten elektronica. En omdat het is gemaakt van koolstofatomen, grafeen is goedkoop en overvloedig aanwezig. De elektrische en mechanische eigenschappen beïnvloeden elkaar ook op unieke manieren. Maar voordat vrijstaand grafeen zijn potentieel kan waarmaken, wetenschappers moeten deze eigenschappen kunnen beheersen.

Een groep natuurkundigen van de Universiteit van Arkansas en andere instellingen hebben een techniek ontwikkeld waarmee ze de mechanische eigenschappen kunnen controleren, of spanning, op vrijstaand grafeen, platen van één atoom dik koolstof opgehangen over de toppen van kleine vierkantjes koper. Door de belasting van vrijstaand grafeen te beheersen, ze kunnen ook andere eigenschappen van dit belangrijke materiaal regelen.

“Als je grafeen blootstelt aan spanning, je verandert zijn elektronische eigenschappen, ” zei natuurkundeprofessor Salvador Barraza-Lopez. Spanning op vrijstaand grafeen zorgt ervoor dat het materiaal zich gedraagt ​​​​alsof het zich in een magnetisch veld bevindt, ook al zijn er geen magneten aanwezig, een eigenschap die wetenschappers zullen willen exploiteren - als ze de mechanische belasting kunnen beheersen.

Om de mechanische belasting te beheersen, Onderzoekers van de Universiteit van Arkansas ontwikkelden een nieuwe experimentele benadering. Natuurkundigen Peng Xu, Paul Thibado en studenten in Thibado's groep onderzochten vrijstaande grafeenmembranen die over dunne vierkante "kroezen" waren gespannen, ” of mazen, van koper. Ze voerden scanning tunneling microscopie uit met een constante stroom om het oppervlak van de grafeenmembranen te bestuderen. Dit type microscopie maakt gebruik van een kleine elektronenstraal om een ​​contourkaart van het oppervlak te maken. Om de stroom constant te houden, onderzoekers veranderen de spanning terwijl de punt van de scanning tunneling microscoop op en neer beweegt, en de onderzoekers ontdekten dat hierdoor het vrijstaande grafeenmembraan van vorm verandert.

“Het membraan probeert de punt aan te raken, ' zei Barraza-Lopez. Ze ontdekten dat de elektrische lading tussen de punt en het membraan de positie en vorm van het membraan beïnvloedt. Dus door de tipspanning te veranderen, de wetenschappers controleerden de spanning op het membraan. Deze controle wordt belangrijk voor het beheersen van de pseudo-magnetische eigenschappen van grafeen.

In combinatie met de experimenten, Barraza-Lopez, Yurong Yang van de Universiteit van Arkansas en Nanjing University, en Laurent Bellaiche van de Universiteit van Arkansas onderzochten theoretische systemen met grafeenmembranen om dit nieuw ontdekte vermogen om de door de nieuwe techniek gecreëerde spanning te beheersen beter te begrijpen. Ze verifieerden de hoeveelheid spanning op deze theoretische systemen en simuleerden de locatie van de scanning tunneling microscopietip in relatie tot het membraan. Terwijl je dat doet, ze ontdekten dat de interactie van het membraan en de punt afhangt van de locatie van de punt op het vrijstaande grafeen. Hierdoor kunnen wetenschappers het pseudo-magnetische veld berekenen voor een gegeven spanning en rek.

“Als je de spanning kent, je kunt theorie gebruiken en berekenen hoe groot het pseudo-magnetische veld mag zijn, ', aldus Barraza-Lopez. Ze ontdekten dat vanwege de grenzen gecreëerd door de vierkante koperen smeltkroes, het pseudo-magnetische veld zwaait heen en weer tussen positieve en negatieve waarden, dus wetenschappers rapporteren de maximale waarde voor het veld in plaats van een constante waarde.

“Als je de smeltkroezen driehoekig zou kunnen maken, je zou dichter bij niet-oscillerende velden zijn, ' zei Barraza-Lopez. "Dit zou ons dichter bij het gebruik van deze pseudo-magnetische eigenschap van grafeenmembranen op een gecontroleerde manier brengen."

De onderzoekers rapporteren hun bevindingen in Fysieke beoordeling B Snelle communicatie .