Un team internazionale di fisici, guidato da ricercatori dell'Università dell'Arkansas, ha osservato l'instabilità meccanica spontanea nel grafene indipendente utilizzando la microscopia a effetto tunnel a scansione, indicando che ha il potenziale per essere una nuova fonte di alimentazione elettronica.

La scoperta fa progredire la comprensione del grafene, un materiale bidimensionale che è un semplice atomo di spessore, e il suo ruolo potenziale nello sviluppo di dispositivi elettronici di prossima generazione.

Il team di ricerca ha pubblicato i suoi risultati martedì in Lettere di revisione fisica , il giornale dell'American Physical Society. La scoperta è stata anche evidenziata sul sito di notizie di Fisica della società.

I ricercatori hanno utilizzato la microscopia a effetto tunnel a scansione, che produce immagini di singoli atomi su una superficie, per dimostrare l'instabilità meccanica spontanea.

La scoperta apre un nuovo campo di ricerca nello studio del comportamento dinamico di materiali bidimensionali indipendenti controllati mediante microscopia a effetto tunnel, disse Paul Thibado, professore di fisica all'Università di A che ha guidato lo studio.

"Il grafene indipendente è costantemente in movimento, "Ha detto Thibado. "Si muove su e giù come una boa che oscilla nell'oceano. Il movimento di oscillazione viene interrotto a intermittenza quando il materiale si capovolge dall'aspetto della parte interna di una ciotola alla parte esterna della ciotola - quell'alta velocità, movimento a scatto è noto come instabilità meccanica."

I ricercatori hanno scoperto che il movimento di deformazione è correlato a un fenomeno noto come "volo di Lévy, " chiamato per il matematico francese Paul Lévy. Il volo di Lévy si riferisce a un processo di camminata casuale in cui si verificano lunghe escursioni con probabilità statistiche più elevate rispetto a un normale sistema in costante movimento casuale. I voli di Lévy sono comuni nei sistemi biologici e modellano accuratamente i modelli di foraggiamento degli animali.

Il fenomeno non è stato osservato su scala atomica con un sistema inorganico fino a questo studio, Thibado ha detto, consentendo di prevedere e controllare eventi di lunga escursione.

"Gli eventi di instabilità nei materiali 2-D sono la chiave per comprendere il fenomeno dei voli Levy, " Egli ha detto.

Il movimento continuo del grafene indipendente, aumentata dall'elevata energia cinetica di queste inversioni casuali, potrebbe essere convertito in corrente elettrica e utilizzato al posto delle batterie per alimentare piccoli dispositivi elettronici, disse Thibado. C'è un urgente bisogno di sviluppare fonti di energia diverse dalle batterie, soprattutto con la crescita delle reti di sensori wireless che connettono oggetti non informatici a Internet.

Tali reti di sensori wireless sono note collettivamente come Internet of Things, come le scarpe da corsa che forniscono un feedback sulle prestazioni a un atleta o un sistema di irrigazione "intelligente" che monitora e segnala i livelli di umidità dei campi distanti.

Surendra Singh, professore di fisica all'Università di A e coautore dello studio, ha aiutato a identificare la connessione tra i voli di Lévy e le proprietà statistiche del sistema. Co-autore Pradeep Kumar, assistente professore di fisica presso l'U di A, ha fornito informazioni sullo sviluppo della simulazione della dinamica molecolare, che dimostrò che il meccanismo per le lunghe escursioni era l'instabilità meccanica.