(Phys.org) —Un team internazionale di scienziati, guidato da fisici dell'Università dell'Arkansas, ha tracciato il movimento dinamico delle increspature nel grafene indipendente a livello atomico.

Questa scoperta fa avanzare la comprensione fondamentale di uno dei più forti, materiali più leggeri e conduttivi, disse Paul Thibado, Professore di fisica all'Università dell'Arkansas.

"I fisici hanno saputo che le increspature devono essere lì e alcuni esperimenti le hanno trovate, " ha detto. "Ma potevano solo misurare le increspature come statiche nel tempo. La teoria richiede che fluttuino, più come guardare un oceano con le onde. L'energia termica ha bisogno di vibrare. Fino al nostro esperimento nessuno aveva misurato con successo questa proprietà dinamica delle increspature".

Il team ha pubblicato i suoi risultati lunedì, 28 aprile in Comunicazioni sulla natura , una rivista online pubblicata dalla rivista Natura , in un articolo intitolato "Fluttuazioni insolite di frequenza ultra-bassa nel grafene indipendente".

Il grafene indipendente potrebbe emergere come sostituto del silicio e di altri materiali nei microprocessori e nei dispositivi energetici di prossima generazione, ma molto rimane sconosciuto sulle sue proprietà meccaniche e termiche.

Grafene, scoperto nel 2004, è un foglio di grafite dello spessore di un atomo. Gli elettroni che si muovono attraverso la grafite hanno massa e incontrano resistenza, ma gli elettroni che si muovono attraverso il grafene sono privi di massa e quindi incontrano molta meno resistenza. Questo rende il grafene un eccellente materiale candidato per le future esigenze energetiche, così come per l'uso in computer quantistici, per consentire enormi calcoli con poco consumo di energia.

Lo studio è stato condotto da Peng Xu, un ricercatore associato post-dottorato nel dipartimento di fisica del J. William Fulbright College of Arts and Sciences presso l'Università dell'Arkansas.

Xu e Thibado hanno usato la microscopia a effetto tunnel, che produce immagini di singoli atomi su una superficie, per misurare le fluttuazioni di frequenza ultrabasse in una regione di un quadrato di angstrom di grafene indipendente. Un angstrom è un'unità di lunghezza equivalente a centomilionesimo di centimetro.

Queste fluttuazioni, note come increspature intrinseche, sono stati estremamente difficili da studiare perché il loro movimento verticale di solito crea immagini sfocate, disse Thibado. I ricercatori dell'Università dell'Arkansas hanno prodotto con successo immagini chiare, consentendo loro di presentare un modello dalla teoria dell'elasticità per spiegare le oscillazioni a frequenza molto bassa. In fisica, l'elasticità è la tendenza dei materiali solidi a tornare alla loro forma originale dopo essere stati deformati.

L'innovativa tecnica di microscopia a scansione a effetto tunnel dei ricercatori fornisce una sonda su scala atomica tanto necessaria per i comportamenti dipendenti dal tempo delle increspature intrinseche, disse Thibado, un esperto di fisica della materia condensata sperimentale. La dinamica dell'ondulazione è importante per comprendere la stabilità meccanica e le efficienti proprietà di trasporto della conduttività termica del grafene.

Nell'ultima decade, i fisici teorici hanno previsto una modalità di flessione nel grafene materiale bidimensionale che si accoppia a una modalità di allungamento del grafene. Senza quella piegatura e accoppiamento, il grafene indipendente non esisterebbe, disse Thibado.