(PhysOrg.com) -- "Una delle speranze che le persone nutrono per il grafene è nei dispositivi elettronici. È visto come un possibile sostituto del silicio, per le sue proprietà uniche, " Herb Fertig racconta PhysOrg.com . Il grafene conduce bene, ed è facile da raffreddare, rendendolo ideale per l'uso in dispositivi elettronici che si riducono continuamente di dimensioni. Però, gli scienziati devono ancora capire alcune delle proprietà del grafene, compreso come controllare il flusso di elettroni. "Nel silicio, "Fertig continua, "c'è un gap energetico che può essere sfruttato per manipolare il flusso di elettroni. Il grafene è un buon conduttore, ma è meno chiaro come controllare gli elettroni."

Nel tentativo di comprendere meglio alcune delle proprietà del grafene, Fertig, un professore all'Università dell'Indiana, ha lavorato con Jianhui Wang, uno studente dell'Università dell'Indiana, e il professor Ganpathy Murthy presso l'Università del Kentucky, sviluppare un calcolo analitico che potrebbe far luce sul modo in cui si comporta il grafene. Il loro lavoro appare in Lettere di revisione fisica :"Comportamento critico nel grafene con interazioni di Coulomb."

“Durante le transizioni di fase nella maggior parte dei sistemi c'è un punto noto come criticità, in cui sei in uno stato strano, dove ci sono diverse scale di lunghezza allo stesso tempo. Questo vale in qualsiasi sistema in un punto critico, "dice Fertig. Nel grafene, anche se, i calcoli mostrano che questo stato dovrebbe essere presente senza la necessità di regolare i parametri in un punto speciale. Dovrebbe essere presente naturalmente a causa delle interazioni. Finora, è stato difficile rilevare questo effetto. La maggior parte dei modelli di comportamento del grafene, Fertig dice, ignora le interazioni tra gli elettroni. "È un grande mistero perché le stime mostrano che le interazioni degli elettroni potrebbero essere importanti nel grafene, e che l'energia potenziale dovrebbe essere grande, ma non si vedono gli effetti".

Fertig e i suoi colleghi sperano che essere in grado di misurare il comportamento critico nel grafene possa aiutare i ricercatori a risolvere alcuni dei misteri sul grafene. “Il nostro calcolo mostra che se trovi la cosa giusta da guardare, puoi vedere questo speciale stato critico in cui il grafene si comporta come se fosse in una transizione di fase, " lui spiega. I calcoli effettuati da Fertig, Wang e Murthy suggeriscono che misurazioni accurate della densità elettronica attorno alle impurità nel grafene potrebbero portare all'osservazione di questo comportamento critico.

“Non puoi evitare le impurità nel grafene, ” spiega Fertig. “Entrano sempre. Gli elettroni reagiscono a tali impurità. Se osservi la distribuzione della carica intorno all'una, dovrebbe riflettere il comportamento critico. Questo dovrebbe essere possibile utilizzando la microscopia a scansione”.

La microscopia a scansione è stata utilizzata per esaminare le nanostrutture, e ho anche visto impurità. Però, questi sforzi non sono stati a una risoluzione sufficientemente alta. Fertig sottolinea, anche se, che ci sono alcuni microscopi che usano una risoluzione sufficientemente alta; semplicemente non sono stati usati per studiare gli stati di impurità nel grafene. "Che io sappia, " lui dice, “Non c'è una ragione fondamentale per cui questo non possa essere fatto. Si tratta di creare connessioni e mettere insieme i pezzi".

Fertig pensa che se gli scienziati potessero effettivamente osservare un comportamento critico nel grafene, potrebbe rispondere ad alcune domande sul materiale. “Se potessimo vedere alcune prove di interazioni nel grafene, e capire meglio perché finora sono stati difficili da rilevare, potrebbe aprire nuove possibilità per controllare le proprietà elettroniche del grafene”. Ciò potrebbe significare che gli sforzi per sostituire il silicio con il grafene potrebbero essere un passo avanti.

“Questa è solo una strada di possibilità, ” Fertig avverte, “e sarebbe molto lontano. Ma se potessimo capire perché le interazioni nel grafene non funzionano come pensiamo dovrebbero, potrebbe essere utile per sviluppare applicazioni per il grafene in futuro”.

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