(Phys.org) - Sedan dess upptäckt 2004, grafen har hyllats som ett "undermaterial" på grund av dess nästan otroliga egenskaper. Med bara en atom tjock, ett enda tvådimensionellt lager är starkare än diamant, leder elektricitet bättre än koppar, och leder värme bättre än något känt material. Det sexkantiga bikakegitteret som utgör materialet möjliggör extrem flexibilitet, men ger också det mest ogenomträngliga material som någonsin hittats, stänger av även de minsta heliumatomerna.

Och när ark med grafen staplas, den resulterande "fålagers-grafen" kan antingen fungera som en halvmetall eller en halvledare, beroende på lagrets ordning och tjocklek.

Studier av effekterna av staplingsordning på grafen är i relativ barndom, men de senaste experimenten från forskare som arbetar vid National Synchrotron Light Source vid Brookhaven National Laboratory har kastat ljus över detta materialets kameleontyp.

Ett team av forskare, ledd av Tony Heinz från Columbia University, jämförde infraröd absorption av få lager grafenprover staplade på två sätt:ett sicksack ABA-mönster som kallas Bernal-stapling, i vilket matchade topp- och bottenlager smörgås med ett tredje lager som kompenseras av en atoms längd; och ett rhombohedralt ABC -mönster där det översta lagret förskjuts ytterligare en atoms längd från grafens mittark.

Detta lilla skift i det översta lagret av grafen är allt som krävs för att få materialets grundläggande egenskaper att förändras. Teamet fann att omläggning av lagren till en ABC-staplingsordning drastiskt ökar mängden infrarött ljus som grafen med några lager absorberar i selektiva våglängdsområden. Det är lite som om man ordnade legoklossar i olika mönster och upptäckte att de ändrade färger som följd.

Detta beror på att ändringar i staplingsordning ändrar mängden tillgängliga tillstånd för elektroner att bo både i vila och när de är upphetsade efter att ha absorberat infrarött ljus. Teamet fann också att fononer - de mekaniska vibrationerna i kolatomerna som bildar varje grafenark - också påverkas av staplingsarrangemanget på grund av deras starka koppling till de elektroniska excitationerna. När den elektroniska absorptionen växer, fononabsorptionen växer också.

Med NSLS, de kunde mäta mängden infrarött ljus som dessa olika staplade prover absorberade. "De få lager grafenprover vi studerade är alla mycket små, så liten som tio mikrometer i storlek, "sa Columbia University -fysikern Zhiqiang Li." Synkrotronstrålningen är kritisk för våra mätningar eftersom den har mycket hög intensitet och kan fokuseras till en liten fläck på våra prover, som möjliggör infraröda mätningar med bra signal-brusförhållande. "

Li sa att ytterligare undersökningar av grafens flexibla och kontrollerbara egenskaper kan leda till ett brett spektrum av tillämpningar inom elektronik och fotonik, som solpaneler eller fotodetektorer.

Forskningen utfördes av forskare från Columbia University, spanska nationella forskningsrådet, Italiens nationella forskningsråd, Sapienza universitet, Case Western Reserve University, och Brookhaven National Laboratory.