(Phys.org) — Een internationaal team van wetenschappers, onder leiding van natuurkundigen van de Universiteit van Arkansas, heeft de dynamische beweging van rimpelingen in vrijstaand grafeen op atomair niveau gevolgd.

Deze ontdekking bevordert het fundamentele begrip van een van de sterkste, lichtste en meest geleidende materialen, zei Paul Thibado, Universiteit van Arkansas hoogleraar natuurkunde.

"Natuurkundigen weten dat de rimpelingen er moeten zijn en sommige experimenten hebben ze gevonden, ' zei hij. 'Maar ze konden de rimpelingen alleen als statisch in de tijd meten. De theorie vereist dat ze fluctueren, meer als kijken naar een oceaan met golven. De thermische energie moet trillen. Tot aan ons experiment had niemand deze dynamische eigenschap van de rimpelingen met succes gemeten."

Het team publiceerde zijn bevindingen op maandag, 28 april in Natuurcommunicatie , een online tijdschrift gepubliceerd door het tijdschrift Natuur , in een paper met de titel "Ongebruikelijke ultra-lage frequentiefluctuaties in vrijstaand grafeen."

Vrijstaand grafeen zou kunnen ontstaan ​​als vervanging voor silicium en andere materialen in microprocessors en energie-apparaten van de volgende generatie, maar er is nog veel onbekend over de mechanische en thermische eigenschappen.

grafeen, ontdekt in 2004, is een één atoom dik vel grafiet. Elektronen die door grafiet bewegen, hebben massa en stuiten op weerstand, maar elektronen die door grafeen bewegen zijn massaloos en ondervinden daardoor veel minder weerstand. Dit maakt grafeen een uitstekend kandidaatmateriaal voor toekomstige energiebehoeften, evenals voor gebruik in kwantumcomputers, om enorme berekeningen mogelijk te maken met weinig energieverbruik.

De studie werd geleid door Peng Xu, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker in de afdeling natuurkunde van het J. William Fulbright College of Arts and Sciences aan de Universiteit van Arkansas.

Xu en Thibado gebruikten scanning tunneling microscopie, die beelden produceert van individuele atomen op een oppervlak, om ultralage frequentiefluctuaties te meten in een één-vierkant-angstrom-gebied van vrijstaand grafeen. Een angstrom is een lengte-eenheid die overeenkomt met een honderdmiljoenste van een centimeter.

Deze schommelingen, bekend als intrinsieke rimpelingen, zijn buitengewoon moeilijk te bestuderen, omdat hun verticale beweging meestal wazige beelden oplevert, zei Thibado. De onderzoekers van de Universiteit van Arkansas hebben met succes duidelijke afbeeldingen gemaakt, waardoor ze een model uit de elasticiteitstheorie kunnen presenteren om de zeer lage frequentieoscillaties te verklaren. in de natuurkunde, elasticiteit is de neiging van vaste materialen om terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm nadat ze zijn vervormd.

De innovatieve scanning tunneling microscopietechniek van de onderzoekers levert een hoognodige sonde op atomaire schaal voor het tijdsafhankelijke gedrag van intrinsieke rimpelingen, zei Thibado, een expert in experimentele fysica van de gecondenseerde materie. De rimpeldynamiek is belangrijk voor het begrijpen van mechanische stabiliteit en de efficiënte transporteigenschappen van thermische geleidbaarheid van grafeen.

In het laatste decennium, theoretische fysici voorspelden een buigmodus in tweedimensionaal materiaal grafeen die koppelt aan een rekmodus van het grafeen. Zonder dat buigen en koppelen, vrijstaand grafeen zou niet bestaan, zei Thibado.