(PhysOrg.com) - Grafen kan vara superhjälten av material - det är lätt, stark och leder värme och elektricitet effektivt, vilket gör det till ett utmärkt material för potentiell användning inom alla typer av elektronik. Och eftersom den är gjord av kolatomer, grafen är billigt och rikligt. Dess elektriska och mekaniska egenskaper påverkar också varandra på unika sätt. Men innan fristående grafen kan leva upp till sin potential, forskare måste kunna kontrollera dessa egenskaper.

En grupp fysiker från University of Arkansas och andra institutioner har utvecklat en teknik som gör att de kan styra den mekaniska egenskapen, eller belastning, på fristående grafen, ark med en atom tjockt kol upphängd över toppen av små kvadrater koppar. Genom att kontrollera belastningen på fristående grafen, de kan också styra andra egenskaper hos detta viktiga material.

"Om du utsätter grafen för belastning, du ändrar dess elektroniska egenskaper, ”Sa fysikprofessorn Salvador Barraza-Lopez. Belastning på fristående grafen får materialet att bete sig som om det befinner sig i ett magnetfält, även om det inte finns några magneter, en egenskap som forskare kommer att vilja utnyttja - om de kan kontrollera den mekaniska belastningen.

För att kontrollera den mekaniska belastningen, Forskare vid University of Arkansas utvecklade ett nytt experimentellt tillvägagångssätt. Fysikerna Peng Xu, Paul Thibado och elever i Thibados grupp undersökte fristående grafenmembran som sträckte sig över tunna fyrkantiga "deglar, ”Eller maskor, av koppar. De utförde skanningstunnelmikroskopi med en konstant ström för att studera ytan på grafenmembranen. Denna typ av mikroskopi använder en liten elektronstråle för att skapa en konturkarta över ytan. För att hålla strömmen konstant, forskare ändrar spänningen när skanningstunnelmikroskopspetsen rör sig upp och ner, och forskarna fann att detta gör att det fristående grafenmembranet ändrar form.

”Membranet försöker röra spetsen, ”Sa Barraza-Lopez. De upptäckte att den elektriska laddningen mellan spetsen och membranet påverkar membranets position och form. Så genom att ändra spetsspänningen, forskarna kontrollerade belastningen på membranet. Denna kontroll blir viktig för att kontrollera grafens pseudomagnetiska egenskaper.

I samband med experimenten, Barraza-Lopez, Yurong Yang vid University of Arkansas och Nanjing University, och Laurent Bellaiche från University of Arkansas undersökte teoretiska system som involverade grafenmembran för att bättre förstå denna nyfunna förmåga att kontrollera den stam som skapades av den nya tekniken. De verifierade mängden påfrestning på dessa teoretiska system och simulerade platsen för skanningstunnelmikroskopispetsen i förhållande till membranet. Medan du gör det, de upptäckte att interaktionen mellan membranet och spetsen beror på spetsens placering på den fristående grafen. Detta gör det möjligt för forskare att beräkna det pseudomagnetiska fältet för en given spänning och belastning.

"Om du känner till belastningen, du kan använda teori och beräkna hur stort det pseudomagnetiska fältet kan vara, Sa Barraza-Lopez. De fann att på grund av gränserna som skapades av den fyrkantiga koppardegeln, det pseudomagnetiska fältet svänger fram och tillbaka mellan positiva och negativa värden, så forskare rapporterar det maximala värdet för fältet istället för ett konstant värde.

”Om du kunde göra deglarna triangulära, du skulle vara närmare att ha oscillerande fält, ”Sa Barraza-Lopez. "Detta skulle föra oss närmare att använda denna pseudomagnetiska egenskap hos grafenmembran på ett kontrollerat sätt."

Forskarna rapporterar sina fynd i Fysisk granskning B Snabb kommunikation .