Onderzoekers van de Brown University hebben een andere eigenaardige en potentieel bruikbare eigenschap van grafeen ontdekt, een atoom dikke platen koolstof, die nuttig kunnen zijn bij het begeleiden van zelfassemblage op nanoschaal of bij het analyseren van DNA of andere biomoleculen.

Een studie gepubliceerd in Proceedings van de Royal Society A demonstreert wiskundig wat er gebeurt met stapels grafeenvellen onder lichte laterale compressie - een zachte knijp van hun zijkanten. In plaats van glad te vormen, zacht glooiende krommingen en rimpels over het oppervlak, laten de onderzoekers zien dat gelaagd grafeen scherp vormt, zaagtandknikken die interessante elektrische eigenschappen blijken te hebben.

"We noemen deze kwantum flexo-elektrische kreukels, " zei Kyung-Suk Kim, een professor in Brown's School of Engineering en senior auteur van het papier. "Wat interessant aan hen is, is dat elke kreuk een opmerkelijk dunne lijn van intense elektrische lading over het oppervlak produceert, waarvan we denken dat het nuttig kan zijn in een verscheidenheid aan toepassingen."

de aanklacht, Kim zegt, wordt gegenereerd door het kwantumgedrag van elektronen rond de koolstofatomen in het grafeenrooster. Wanneer de atoomlaag wordt gebogen, de elektronenwolk wordt ofwel boven of onder het laagvlak geconcentreerd. Die elektronenconcentratie zorgt ervoor dat de bocht zich lokaliseert in een scherpe punt, en produceert een lijn van elektrische lading van ongeveer een nanometer breed en loopt over de lengte van de kreuk. De lading is negatief over de punt van een verhoogde richel en positief langs de bodem van een vallei.

Die elektrische lading, Kim en zijn collega's zeggen:kan best handig zijn. Het zou kunnen, bijvoorbeeld, worden gebruikt om zelfassemblage op nanoschaal te sturen. De geladen kreukels trekken deeltjes met een tegengestelde lading aan, waardoor ze samenkomen langs gekreukte richels of valleien. In feite, Kim zegt, deeltjesassemblage langs kreukels is al waargenomen in eerdere experimenten, maar destijds ontbraken de waarnemingen aan een duidelijke verklaring.

Die eerdere experimenten hadden betrekking op grafeenvellen en buckyballs - voetbalvormige moleculen gevormd door 60 koolstofatomen. Onderzoekers gooiden buckyballs op verschillende soorten grafeenplaten en observeerden hoe ze zich verspreidden. In de meeste gevallen, de buckyballs verspreidden zich willekeurig op een laag grafeen, zoals knikkers die op een gladde houten vloer vielen. Maar op een bepaald type meerlagig grafeen, bekend als HOPG, de ballen zouden spontaan samenkomen in rechte kettingen die zich over het oppervlak uitstrekken. Kim denkt dat flexo-elektrische kreukels dat vreemde gedrag kunnen verklaren.

"We weten dat HOPG van nature kreukels vormt wanneer het wordt geproduceerd, Kim zei. "Wat we denken dat er gebeurt, is dat de lijnlading gecreëerd door de kreukels de buckyballs veroorzaakt, die een elektrische dipool hebben in de buurt van de lijnlading, op een rij zetten."

evenzo, vreemd gedrag is waargenomen bij experimenten met biomoleculen zoals DNA en RNA op grafeen. De moleculen rangschikken zichzelf soms in eigenaardige patronen in plaats van willekeurig uit elkaar te vallen, zoals je zou verwachten. Kim en collega's denken dat deze effecten ook terug te voeren zijn op kreukels. De meeste biomoleculen hebben een inherente negatieve elektrische lading, waardoor ze langs positief geladen kreukeldalen komen te liggen.

Het is misschien mogelijk om gekreukte oppervlakken te ontwerpen om volledig te profiteren van het flexo-elektrische effect. Bijvoorbeeld, Kim stelt zich een gekreukeld oppervlak voor waardoor DNA-moleculen in rechte lijnen worden uitgerekt, waardoor ze gemakkelijker te sequensen zijn.

"Nu we begrijpen waarom deze moleculen op één lijn liggen zoals ze doen, we kunnen nadenken over het maken van grafeenoppervlakken met bepaalde kreukpatronen om moleculen op specifieke manieren te manipuleren, ' zei Kim.

Kim's lab in Brown werkt al jaren aan rimpels op nanoschaal, kreukels, vouwen en vouwen. Ze hebben aangetoond dat de vorming van deze structuren zorgvuldig kan worden gecontroleerd, het versterken van de mogelijkheid van gekreukt grafeen afgestemd op een verscheidenheid aan toepassingen.