grafeen, een tweedimensionaal wondermateriaal bestaande uit een enkele laag koolstofatomen die zijn verbonden in een zeshoekig kippengaaspatroon, heeft grote belangstelling gewekt vanwege zijn fenomenale vermogen om elektriciteit te geleiden. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Chicago staafvormige bacteriën gebruikt - precies uitgelijnd in een elektrisch veld, vervolgens vacuüm gekrompen onder een grafeenvel - om rimpelingen op nanoschaal in het materiaal te introduceren, waardoor het elektronen in loodrechte richtingen anders geleidt.

Het resulterende materiaal, een soort grafeen nano-corduroy, kan worden toegepast op een siliciumchip en kan bijdragen aan het bijna onbeperkte potentieel van grafeen in elektronica en nanotechnologie. De bevinding wordt gerapporteerd in het tijdschrift ACS Nano .

"De stroom door de grafeenrimpels is minder dan de stroom erlangs, " zegt Vikas Berry, universitair hoofddocent en interim hoofd chemische technologie bij UIC, die het onderzoek leidde.

De sleutel tot de vorming van deze rimpels, hij zei, is de extreme flexibiliteit van grafeen op nanometerschaal, die de vorming van koolstofnanobuisjes mogelijk maakt.

"De rimpel opent een 'V' in de elektronenwolk rond elk koolstofatoom, "Bes zei, het creëren van een dipoolmoment, die een elektronische band gap kan openen die plat grafeen niet heeft.

Andere onderzoekers hebben rimpels in grafeen gecreëerd door het laken uit te rekken en terug te laten knappen. Maar dergelijke rimpels zijn niet beperkt tot microschaal en kunnen niet worden gericht op een locatie op een microapparaat, zei Berry.

Hij en zijn collega's bedachten een unieke manier om omgeschreven, begeleid, en regelmatige grafeenrimpelingen met behulp van bacillus-bacteriën, door het grafeen zelf als terugslagklep te gebruiken om het volume van de cellen te veranderen.

De onderzoekers plaatsten de bacteriën in een elektrisch veld, waardoor ze als reeksen hotdogs in herhalende rijen op een rij komen te staan. Daarna brachten ze er een laag grafeen over aan.

"Onder vacuum, de grafeen liften, en laat het water weglopen, "Zei Berry. Maar onder druk, grafeen gaat terug op het substraat zitten en voorkomt dat water de bacteriën opnieuw binnendringt, hij zei.

"Het is een nanoscopische klep die een unidirectionele vloeistofstroom in een micro-organisme activeert, "Zei Berry. "Futuristisch, deze klepwerking kan worden toegepast op microfluïdische apparaten waar we in de ene richting willen stromen, maar niet in de andere."

Nadat de bacteriën vacuüm gekrompen zijn, het grafeen past zich weer aan, maar met rimpels. Na warmtebehandeling, de resulterende permanente rimpelingen bovenop de bacteriën zijn allemaal longitudinaal uitgelijnd, met een hoogte van 7 tot 10 nanometer, en een golflengte van ongeveer 32 nm.

De rimpels werden waargenomen door veldemissie scanning elektronenmicroscopie, die onder hoogvacuüm moet gebeuren, en door atoomkrachtmicroscopie bij atmosferische druk.

"De [rimpel] golflengte is evenredig met de dikte van het materiaal, en grafeen is het dunste materiaal ter wereld, "Zei Berry. "We stellen ons voor dat je met grafeen de kleinste golflengterimpels ter wereld zou kunnen maken - ongeveer 2 nanometer."

Het volgende doelpunt, hij zei, zal zijn om processen te creëren om de rimpelingen verder te verfijnen en hun amplitude te variëren, golflengte en lengtelengte.

Om het effect van de oriëntatie van de rimpelingen op het vervoer van de drager te meten, afgestudeerde student Shikai Deng, de hoofdauteur van het artikel, fabriceerde een plus-vormig apparaat met bacteriën parallel uitgelijnd met een paar elektroden en loodrecht op een ander paar. Hij ontdekte dat de geleidingsbarrière van het gegolfde grafeen groter was in de dwarsrichting dan in de lengterichting.

De introductie van georiënteerde rimpelingen in grafeen vertegenwoordigt een geheel nieuw materiaal, zei Berry.

"Samen met koolstofnanobuizen, grafeen en fullereen, dit is een nieuwe koolstofallotroop - een half koolstof nanobuisje gekoppeld aan grafeen, " zei hij. "De structuur is anders, en de fundamentele elektronische eigenschappen zijn nieuw."