(Phys.org) - Ett internationellt team av forskare, ledd av fysiker vid University of Arkansas, har spårat den dynamiska rörelsen av krusningar i fristående grafen på atomnivå.

Denna upptäckt främjar den grundläggande förståelsen för en av de starkaste, lättaste och mest ledande material, sa Paul Thibado, Professor i fysik vid University of Arkansas.

"Fysiker har vetat att krusningarna måste finnas där och några experiment hittade dem, "sa han." Men de kunde bara mäta krusningarna som statiska i tid. Teorin kräver att de fluktuerar, mer som att titta på ett hav med vågor. Den termiska energin behöver vibrera. Fram till vårt experiment hade ingen framgångsrikt mätt denna dynamiska egenskap hos krusningarna. "

Teamet publicerade sina resultat i måndags, 28 april kl. i Naturkommunikation , en onlinetidsskrift som publicerats av tidskriften Natur , i ett papper med titeln "Ovanliga ultra-lågfrekventa fluktuationer i fristående grafen."

Fristående grafen kan dyka upp som ersättning för kisel och andra material i mikroprocessorer och nästa generations energienheter, men mycket är fortfarande okänt om dess mekaniska och termiska egenskaper.

Grafen, upptäcktes 2004, är ett en-atom-tjockt ark av grafit. Elektroner som rör sig genom grafit har massa och möter motstånd, men elektroner som rör sig genom grafen är masslösa och stöter därför på mycket mindre motstånd. Detta gör grafen till ett utmärkt kandidatmaterial för framtida energibehov, liksom för användning i kvantdatorer, att möjliggöra enorma beräkningar med liten energianvändning.

Studien leddes av Peng Xu, en postdoktor vid forskningsavdelningen vid fysiska institutionen vid J. William Fulbright College of Arts and Sciences vid University of Arkansas.

Xu och Thibado använde skanningstunnelmikroskopi, som producerar bilder av enskilda atomer på en yta, för att mäta ultra-lågfrekventa fluktuationer i en en-kvadrat-ångström region av fristående grafen. En ångström är en längdenhet som motsvarar hundra miljoner av en centimeter.

Dessa fluktuationer, känd som inneboende krusningar, har varit oerhört svåra att studera eftersom deras vertikala rörelse vanligtvis skapar suddiga bilder, Sa Thibado. Forskarna vid University of Arkansas tog framgångsrikt fram tydliga bilder, gör det möjligt för dem att presentera en modell från elasticitetsteorin för att förklara de mycket lågfrekventa svängningarna. Inom fysiken, elasticitet är tendensen hos fasta material att återgå till sin ursprungliga form efter att ha deformerats.

Forskarnas innovativa skanningstunnelmikroskopiteknik ger en välbehövlig atomskala-sond för tidsberoende beteenden hos inneboende krusningar, sa Thibado, en expert på experimentell fysik av kondenserad materia. Krusningsdynamiken är viktig för att förstå mekanisk stabilitet och grafens effektiva värmeledningsförmåga.

Under det senaste årtiondet, teoretiska fysiker förutspådde ett böjningsläge i tvådimensionellt materialgrafen som kopplas till ett sträckningsläge av grafen. Utan den böjningen och kopplingen, fristående grafen skulle inte existera, Sa Thibado.