(Phys.org) — Een internationaal team van natuurkundigen, geleid door een onderzoeksgroep aan de Universiteit van Arkansas, heeft ontdekt dat verwarming kan worden gebruikt om de kromming van rimpelingen in vrijstaand grafeen te beheersen.

De bevinding biedt fundamenteel inzicht in het begrijpen van de invloed die temperatuur uitoefent op de dynamiek van vrijstaand grafeen. Dit kan toekomstige toepassingen van de flexibele circuits van consumentenapparaten zoals mobiele telefoons en digitale camera's stimuleren.

Terwijl vrijstaand grafeen veelbelovend is als vervanging voor silicium en andere materialen in microprocessors en energie-apparaten van de volgende generatie, er is nog veel onbekend over de mechanische en thermische eigenschappen.

Het onderzoeksteam publiceerde woensdag zijn bevindingen, 17 september in een paper getiteld "Thermal mirror buckling in vrijstaande grafeen lokaal gecontroleerd door scanning tunneling microscopie" in het online tijdschrift Natuurcommunicatie , een publicatie van het tijdschrift Natuur .

Eerder, wetenschappers hebben elektrische spanning gebruikt om grote bewegingen en plotselinge veranderingen in de kromming van de rimpelingen in vrijstaand grafeen te veroorzaken, zei Paul Thibado, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Arkansas. In deze krant, het team toonde aan dat een alternatieve methode, thermische belasting, kan worden gebruikt om deze bewegingen te controleren.

"Stel je voor dat je een racketbal neemt en hem doormidden snijdt, " zei Thibado, een expert in experimentele fysica van de gecondenseerde materie. "Je zou het kunnen omkeren door erop te drukken. Dat is wat we hier hebben gedaan met een dwarsdoorsnede van een enkele rimpeling van vrijstaand grafeen op nanometerschaal. De meeste materialen zetten uit als je ze verwarmt. Grafeen krimpt, wat heel ongebruikelijk is. Dus wanneer we verwarmde deze doorsnede, in plaats van uit te breiden, het contracteerde, en die thermische spanning zorgde ervoor dat het in de tegenovergestelde richting knikte."

grafeen, ontdekt in 2004, is een één atoom dik vel grafiet. Elektronen die door grafiet bewegen, hebben massa en stuiten op weerstand, terwijl elektronen die door grafeen bewegen massaloos zijn, en daardoor veel vrijer reizen. Dit maakt grafeen een uitstekend kandidaat-materiaal voor gebruik bij het voldoen aan toekomstige energiebehoeften en de fabricage van kwantumcomputers, die enorme berekeningen maken met weinig energieverbruik.

De studie werd geleid door Peng Xu, voorheen een postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij de afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Arkansas en momenteel een postdoctoraal onderzoeksmedewerker aan de Universiteit van Maryland.

Xu en Thibado gebruikten scanning tunneling microscopie, die beelden produceert van individuele atomen op een oppervlak, gecombineerd met grootschalige moleculaire dynamische simulaties om het knikken van de thermische spiegel aan te tonen.

In de krant, de derde gepubliceerd in een groot tijdschrift door het onderzoeksteam in 2014, ze stellen een concept voor voor een nieuw instrument dat inspeelt op de controle van het knikken van de spiegel:een elektrothermisch-mechanisch apparaat op nanoschaal.

Een dergelijk apparaat zou een alternatief bieden voor micro-elektromechanische systemen, dat zijn kleine machines die elektrisch worden geactiveerd. Het voordeel van dit elektrothermisch-mechanische apparaat op nanoschaal zou de mogelijkheid zijn om de output te veranderen met behulp van elektriciteit of warmte. In aanvulling, thermische belastingen kunnen een aanzienlijk grotere kracht leveren.