(Phys.org) —Wetenschappers die de eigenschappen van grafeen bestuderen, gebruiken een nieuw wiskundig raamwerk om uiterst nauwkeurige karakteriseringen te maken van de vorm van het tweedimensionale materiaal.

grafeen, ontdekt in 2004, is een één atoom dik vel grafiet.

"De eigenschappen van tweedimensionale materialen zijn afhankelijk van vorm, " zei Salvador Barraza-Lopez, een assistent-professor natuurkunde aan de Universiteit van Arkansas. "En dit wiskundige raamwerk stelt je in staat om uiterst nauwkeurige karakteriseringen van vorm te maken. Dit raamwerk is een nieuw hulpmiddel om vorm te begrijpen in materialen die zich gedragen als atoomdunne membranen."

Het wiskundige raamwerk dat wordt gebruikt, staat bekend als discrete differentiële geometrie, dat is de geometrie van tweedimensionale geïnterlinieerde structuren die mazen worden genoemd. Wanneer de knopen van de structuur, of mesh punten, corresponderen met atomaire posities, discrete differentiële geometrie geeft directe informatie over de potentiële chemie en over de elektronische eigenschappen van tweedimensionale materialen, Barraza-Lopez gezegd.

De toepassing van discrete differentiële geometrie om tweedimensionale materialen te begrijpen is een originele interdisciplinaire ontwikkeling, hij zei.

Een internationale onderzoeksgroep, geleid door Barraza-Lopez, publiceerde zijn bevindingen op 8 januari in het tijdschrift ACS Nano , in een paper getiteld, "Kwantitatieve chemie en de discrete geometrie van conforme atoom-dunne kristallen." Een tweede artikel waarin het onderzoek wordt beschreven, "Grafeen's morfologie en elektronische eigenschappen van discrete differentiële meetkunde, " werd op 6 maart gepubliceerd als een snelle mededeling in het tijdschrift Fysieke beoordeling B .

Van grafeen werd ooit gedacht dat het op een continuüm bestond - denk aan een gladde, continue "deken" - maar het nieuwe wiskundige raamwerk maakt het mogelijk om rekening te houden met de "vezels, " wat een nauwkeurig begrip geeft van de eigenschappen van de deken die het continuümperspectief aanvult.

"Omdat tweedimensionale materialen gemakkelijk kunnen worden gevisualiseerd als mazen, we vroegen ons af hoe deze theorieën eruit zouden zien als je ze direct uitdrukt in termen van de posities van de atomen, het volledig omzeilen van de gemeenschappelijke continuümbenadering, "Zei Barraza-Lopez. "Deze twee kranten bieden onze laatste stappen in die richting."

De resultaten van de studie gepubliceerd in ACS Nano op 8 januari werden verkregen door een samenwerking met Alejandro A. Pacheco Sanjuan aan de Universidad del Norte, Barranquilla, Colombia; Edmund O. Harriss, een klinische assistent-professor wiskunde aan de Universiteit van Arkansas; Mehrshad Mehboudi, een masterstudent micro-elektronica-fotonica aan de Universiteit van Arkansas en Humberto Terrones, vervolgens aan de Pennsylvania State University, nu bij Rensselaer Polytechnic Institute.