I fisici teorici della Rice University vivono al limite mentre studiano le sorprendenti proprietà del grafene. In un nuovo studio, scoprono come i ricercatori possono fratturare i nanonastri di grafene per ottenere i bordi di cui hanno bisogno per le applicazioni.

Una nuova ricerca del fisico di Rice Boris Yakobson e dei suoi colleghi mostra che dovrebbe essere possibile controllare le proprietà dei bordi dei nanonastri di grafene controllando le condizioni in cui i nanonastri vengono separati.

Il modo in cui gli atomi si allineano lungo il bordo di un nastro di grafene, la forma di carbonio spessa come un atomo, controlla se è metallico o semiconduttore. La corrente attraversa il grafene metallico senza ostacoli, ma i semiconduttori consentono una misura di controllo su quegli elettroni.

Poiché l'elettronica moderna riguarda il controllo, il grafene semiconduttore (e i materiali bidimensionali semiconduttori in generale) sono di grande interesse per gli scienziati e l'industria che lavorano per ridurre l'elettronica per le applicazioni.

Nel lavoro, apparso questo mese sulla rivista della Royal Society of Chemistry Nanoscala , il team di Rice ha utilizzato una sofisticata modellazione al computer per mostrare che è possibile strappare nanonastri e ottenere grafene con bordi a zigzag incontaminati o quelli che vengono chiamati zigzag ricostruiti.

Il grafene perfetto sembra un filo di pollo, con ogni unità di sei atomi che formano un esagono. I bordi degli zigzag incontaminati hanno questo aspetto:////////. Ruotando gli esagoni di 30 gradi si fanno i bordi "poltrone, " con parti superiori e inferiori piatte tenute insieme dalle diagonali. È noto che le proprietà elettroniche dei bordi variano da metalliche a semiconduttive, a seconda della larghezza del nastro.

"Ricostruito" si riferisce al processo mediante il quale gli atomi nel grafene sono attratti a spostarsi per formare anelli collegati di cinque e sette atomi. I calcoli di Rice hanno determinato che gli zigzag ricostruiti sono i più stabili, una qualità desiderabile per i produttori.

Tutto ciò che è grande, ma bisogna ancora sapere come farli.

"Rendere attraenti i nano dispositivi a base di grafene mediante frattura meccanica, ma non avrebbe senso finché non sapremo come ottenere i giusti tipi di bordi, e ora lo facciamo, " disse ZiAng Zhang, uno studente laureato alla Rice e l'autore principale del documento.

Yakobson, Il ricercatore post-dottorato di Zhang e Rice, Alex Kutana, ha utilizzato la teoria del funzionale della densità, un metodo computazionale per analizzare l'input energetico di ogni atomo in un sistema modello, per imparare come le forze termodinamiche e meccaniche avrebbero raggiunto l'obiettivo.

Il loro studio ha rivelato che riscaldando il grafene a 1, 000 kelvin e applicando una forza bassa ma costante lungo un asse lo spezzerà in modo tale che 5-7 anelli completamente ricostruiti formeranno e definiranno i nuovi bordi. Al contrario, la frattura del grafene con un calore ridotto e una forza elevata ha maggiori probabilità di portare a zigzag incontaminati.