Le simulazioni su nanoscala e la ricerca teorica eseguite presso l'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia stanno avvicinando gli scienziati alla realizzazione del potenziale del grafene nelle applicazioni elettroniche.

Un team di ricerca guidato da Bobby Sumpter dell'ORNL, Vincent Meunier ed Eduardo Cruz-Silva hanno scoperto come si sviluppano i loop nel grafene, un materiale a basso peso ad alta resistenza elettricamente conduttivo che ricorda un nido d'ape su scala atomica.

Anse strutturali che a volte si formano durante un processo di pulizia del grafene possono rendere il materiale inadatto per applicazioni elettroniche. Il superamento di questi tipi di problemi è di grande interesse per l'industria elettronica.

"Il grafene è un astro nascente nel mondo dei materiali, dato il suo potenziale per l'uso in componenti elettronici precisi come transistor o altri semiconduttori, " ha detto Bobby Sumpter, uno scienziato del personale all'ORNL.

Il team ha utilizzato la dinamica molecolare quantistica per simulare un processo sperimentale di pulizia del grafene, come discusso in un articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica . I calcoli eseguiti sui supercomputer ORNL hanno indicato ai ricercatori un passaggio intermedio trascurato durante l'elaborazione.

Imaging con microscopio elettronico a trasmissione, o TEM, sottoposto il grafene all'irradiazione di elettroni, che alla fine ha impedito la formazione di loop. Le simulazioni ORNL hanno mostrato che iniettando elettroni per raccogliere un'immagine, gli elettroni stavano cambiando simultaneamente la struttura del materiale.

"Scattare una foto con un TEM non è semplicemente scattare una foto, " Disse Sumpter. "Potresti modificare l'immagine mentre la guardi."

La ricerca si basa sui risultati discussi in un 2009 Scienza carta (Jia et al.), dove Meunier e Sumpter hanno aiutato a dimostrare un processo che pulisce i bordi del grafene facendo scorrere una corrente attraverso il materiale in un processo noto come riscaldamento Joule. Il grafene è buono solo quanto l'uniformità o la pulizia dei suoi bordi, che determinano l'efficacia con cui il materiale può trasmettere gli elettroni. Meunier ha affermato che la capacità di pulire in modo efficiente i bordi del grafene è fondamentale per l'utilizzo del materiale nell'elettronica.

"Immagina di avere un'auto sportiva di lusso, ma poi ti rendi conto che ha le ruote quadrate. A che serve? È come avere bordi frastagliati sul grafene, " disse Meunier.

Recenti studi sperimentali hanno dimostrato che il processo di riscaldamento Joule può portare a loop indesiderati che collegano diversi strati di grafene. Il documento PRL fornisce una comprensione atomistica di come l'irradiazione di elettroni da un microscopio elettronico a trasmissione influenzi il processo di pulizia del grafene prevenendo la formazione di anelli.

"Possiamo pulire i bordi, e non solo, siamo in grado di capire perché possiamo pulirli, " disse Meunier.