De kleinste elektronica zou ooit het vermogen kunnen hebben om op atomaire schaal in en uit te schakelen.

Wetenschappers van Lawrence Livermore hebben een manier onderzocht om lineaire ketens van koolstofatomen te creëren uit lasergesmolten grafiet. Het materiaal, genaamd carbine, kan een aantal nieuwe eigenschappen hebben, inclusief de mogelijkheid om de hoeveelheid elektrische stroom die door een circuit gaat, aan te passen, afhankelijk van de behoeften van de gebruiker.

Carbyne is het onderwerp van intensief onderzoek vanwege zijn aanwezigheid in astrofysische lichamen, evenals het potentiële gebruik ervan in nano-elektronische apparaten en superharde materialen. De lineaire vorm geeft het unieke elektrische eigenschappen die gevoelig zijn voor uitrekken en buigen, en het is 40 keer stijver dan diamant. Het werd ook gevonden in de Murchison- en Allende-meteorieten en zou een ingrediënt kunnen zijn van interstellair stof.

Met behulp van computersimulaties, LLNL-wetenschapper Nir Goldman en collega Christopher Cannella (een niet-gegradueerde zomeronderzoeker van Caltech) waren aanvankelijk van plan de eigenschappen van vloeibare koolstof te bestuderen terwijl deze verdampt, na te zijn gevormd door een laserstraal op het oppervlak van grafiet te laten schijnen. De laser kan het grafietoppervlak tot enkele duizenden graden verwarmen, die dan een vrij vluchtige druppel vormt. Tot hun verbazing, terwijl de vloeibare druppel verdampte en afkoelde in hun simulaties, het vormde bundels van lineaire ketens van koolstofatomen.

"Er is veel gespeculeerd over het maken van carbyne en hoe stabiel het is, " zei Goldman. "We toonden aan dat het lasersmelten van grafiet een haalbare weg is voor de synthese ervan. Als je de carbinesynthese op een gecontroleerde manier regelt, het kan toepassingen hebben als nieuw materiaal voor een aantal verschillende onderzoeksgebieden, onder meer als afstembare halfgeleider of zelfs voor waterstofopslag.

"Onze methode laat zien dat carbyne gemakkelijk in het laboratorium of anderszins kan worden gevormd. Het proces kan ook plaatsvinden in astrofysische lichamen of in het interstellaire medium, waar koolstofhoudend materiaal kan worden blootgesteld aan relatief hoge temperaturen en koolstof vloeibaar kan worden."

Goldmans studie- en rekenmodellen maken directe vergelijking met experimenten mogelijk en kunnen helpen bij het bepalen van parameters voor de synthese van op koolstof gebaseerde materialen met mogelijk exotische eigenschappen.

"Onze simulaties wijzen op een mogelijk mechanisme voor de synthese van carbinevezels dat eerdere experimentele observatie van de vorming ervan bevestigt, " zei Goldman. "Deze resultaten helpen bij het bepalen van een reeks thermodynamische omstandigheden voor de synthese ervan en kunnen de detectie ervan in meteorieten verklaren als gevolg van hogedrukomstandigheden als gevolg van impact."

Het onderzoek verschijnt op de omslag van de editie van 17 september van de Journal of Physical Chemistry .