Nanoskala -simuleringar och teoretisk forskning utförd vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory för forskare närmare att förverkliga grafens potential i elektroniska applikationer.

Ett forskargrupp ledd av ORNL:s Bobby Sumpter, Vincent Meunier och Eduardo Cruz-Silva har upptäckt hur slingor utvecklas i grafen, ett elektriskt ledande höghållfast lågviktsmaterial som liknar en bikaka i atomskala.

Strukturella slingor som ibland bildas under en grafenrengöringsprocess kan göra materialet olämpligt för elektroniska applikationer. Att övervinna dessa typer av problem är av stort intresse för elektronikindustrin.

"Grafen är en stigande stjärna i materialvärlden, med tanke på dess potential att använda i exakta elektroniska komponenter som transistorer eller andra halvledare, "sa Bobby Sumpter, en personalvetare på ORNL.

Teamet använde kvantmolekylär dynamik för att simulera en experimentell grafenrengöringsprocess, som diskuterats i en tidning publicerad i Fysiska granskningsbrev . Beräkningar utförda på ORNL-superdatorer pekade forskarna på ett förbisett mellansteg under bearbetningen.

Avbildning med ett transmissionselektronmikroskop, eller TEM, utsatt grafen för elektronbestrålning, vilket slutligen förhindrade slingbildning. ORNL-simuleringarna visade att genom att injicera elektroner för att samla in en bild, elektronerna förändrade samtidigt materialets struktur.

"Att ta en bild med en TEM är inte bara att ta en bild, ", sa Sumpter. "Du kanske ändrar bilden samtidigt som du tittar på den."

Forskningen bygger på resultat som diskuterades 2009 Vetenskap papper (Jia et al.), där Meunier och Sumpter hjälpte till att demonstrera en process som rengör grafenkanter genom att strömma genom materialet i en process som kallas Joule -uppvärmning. Grafen är bara lika bra som enhetlighet eller renhet i kanterna, som avgör hur effektivt materialet kan överföra elektroner. Meunier sa att förmågan att effektivt rengöra grafenkanter är avgörande för att använda materialet i elektronik.

"Tänk dig att du har en snygg sportbil, men då inser du att den har fyrkantiga hjul. Vad hjälper det? Det är som att ha taggiga kanter på grafen, "Sa Meunier.

Nyligen genomförda experimentella studier har visat att Joule-uppvärmningsprocessen kan leda till oönskade slingor som förbinder olika grafenlager. PRL-papperet ger en atomistisk förståelse av hur elektronbestrålning från ett transmissionselektronmikroskop påverkar grafenreningsprocessen genom att förhindra slingbildning.

"Vi kan rengöra kanterna, och inte bara det, vi kan förstå varför vi kan rengöra dem, "Sa Meunier.