(Phys.org) —Un team internazionale di fisici, guidato da un gruppo di ricerca dell'Università dell'Arkansas, ha scoperto che il riscaldamento può essere utilizzato per controllare la curvatura delle increspature nel grafene indipendente.

La scoperta fornisce informazioni fondamentali sulla comprensione dell'influenza che la temperatura esercita sulla dinamica del grafene indipendente. Ciò potrebbe favorire le future applicazioni dei circuiti flessibili di dispositivi di consumo come telefoni cellulari e fotocamere digitali.

Mentre il grafene indipendente offre promesse come sostituto del silicio e di altri materiali nei microprocessori e nei dispositivi energetici di prossima generazione, molto rimane sconosciuto sulle sue proprietà meccaniche e termiche.

Il team di ricerca ha pubblicato i suoi risultati mercoledì, 17 settembre in un articolo intitolato "Thermal mirror buckling in freestanding grafene controllato localmente mediante scansione di microscopia a effetto tunnel" nella rivista online Comunicazioni sulla natura , una pubblicazione della rivista Natura .

In precedenza, gli scienziati hanno utilizzato la tensione elettrica per causare ampi movimenti e improvvisi cambiamenti nella curvatura delle increspature nel grafene indipendente, disse Paul Thibado, professore di fisica all'Università dell'Arkansas. In questo documento, il team ha dimostrato che un metodo alternativo, carico termico, può essere utilizzato per controllare questi movimenti.

"Immagina di prendere una racquetball e tagliarla a metà, " disse Thibado, un esperto di fisica della materia condensata sperimentale. "Potresti invertirlo premendoci sopra. Questo è quello che abbiamo fatto qui con una sezione trasversale di una singola increspatura di grafene indipendente su scala nanometrica. La maggior parte dei materiali si espande quando li riscaldi. Il grafene si contrae, il che è molto insolito. Quindi quando riscaldato questa sezione trasversale, invece di espandersi, si è contratto, e quello stress termico lo ha fatto piegare nella direzione opposta."

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, mentre gli elettroni che si muovono attraverso il grafene sono privi di massa, e quindi viaggiare molto più liberamente. Ciò rende il grafene un eccellente materiale candidato da utilizzare per soddisfare le future esigenze energetiche e la fabbricazione di computer quantistici, che fanno enormi calcoli con poco consumo di energia.

Lo studio è stato condotto da Peng Xu, precedentemente un ricercatore associato post-dottorato presso il Dipartimento di Fisica presso l'Università dell'Arkansas e attualmente associato di ricerca post-dottorato presso l'Università del Maryland.

Xu e Thibado hanno utilizzato la microscopia a effetto tunnel, che produce immagini di singoli atomi su una superficie, combinato con simulazioni di dinamica molecolare su larga scala per dimostrare l'instabilità dello specchio termico.

Nella carta, il terzo pubblicato su una delle principali riviste dal gruppo di ricerca nel 2014, propongono un concetto per un nuovo strumento che capitalizza sul controllo dell'instabilità dello specchio:un dispositivo elettro-termico-meccanico su nanoscala.

Tale dispositivo fornirebbe un'alternativa ai sistemi microelettromeccanici, che sono minuscole macchine che si attivano elettricamente. Il vantaggio di questo dispositivo elettro-termico-meccanico su scala nanometrica sarebbe la capacità di modificare la sua produzione utilizzando elettricità o calore. Inoltre, i carichi termici possono fornire una forza significativamente maggiore.