Peter Steeneken (hoogleraar) en Farbod Alijani (universitair docent) van de sectie Dynamics of Micro and Nanosystems van de afdeling Precision and Microsystems Engineering hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de materiaaleigenschappen van grafeen te bepalen met behulp van hoogfrequente niet-lineaire dynamiek. Hun nieuwe methode maakt het mogelijk om de Young's modulus (elastische modulus) van grafeen nauwkeurig te meten en maakt een potentieel snellere meting mogelijk. Dit zou het gemakkelijker kunnen maken om een ​​groot aantal membranen in een productieproces te karakteriseren, bijvoorbeeld. Deze week, Peter en Farbod publiceerden hun artikel getiteld 'Niet-lineaire dynamische karakterisering van tweedimensionale materialen' in Natuurcommunicatie .

In deze publicatie Peter en Farbod schetsen een nieuwe methode om meer te weten te komen over ultradunne materialen die slechts enkele atomen dik zijn, zoals grafeen. Door middel van een elektrostatische kracht van enkele piconewtons, zij en promovendus Dejan Davidovikj konden grafeenmembranen in trilling brengen. Met behulp van een interferometrische opstelling, ze voerden een meting uit van de dynamiek van deze membranen met sub-nm resolutie bij frequenties van meer dan 10 MHz. Door voldoende kracht op de membranen uit te oefenen worden niet-lineaire resonantiekarakteristieken zichtbaar. Deze kenmerken zijn eerder waargenomen, maar tot nu toe, er was geen goede methode om ze te analyseren voor atomair dunne materialen. In samenwerking met McGill University (Canada) en de Faculteit Technische Natuurwetenschappen, er is een nieuw model ontwikkeld dat deze niet-lineaire resonanties kan gebruiken om de Young's modulus te bepalen.

De Young's modulus is een parameter die de mechanische elasticiteit van dit nieuwe materiaal beschrijft, wat belangrijk is om te controleren in de productieprocessen van apparaten. Bovendien, de voorspelling is dat continuümmechanica niet langer van toepassing zal zijn op lagen die een enkel atoom dik zijn. Om deze redenen is een nauwkeurige meting van de Young's modulus van grafeen van vitaal belang. Echter, de Young's modulus van grafeen is moeilijk te meten, en tot nu toe werd het bepaald door middel van atoomkrachtmicroscopie, wat nadelig is, omdat de scherpe punt van de AFM de meting kan beïnvloeden. Bovendien, de nieuwe methode is potentieel veel sneller, wat gunstig is bij het karakteriseren van een groot aantal membranen in een productieproces.