I tv-dramat "Mission Impossible, instruktioner för uppdraget levererades på ett ljudband som förstörde sig själv direkt efter att ha spelats upp. Skulle den serien någonsin återupplivas, dess producenter kanske vill prata med Georgia Institute of Technology-professor Andrei Fedorov om att använda hans "försvinnande kretsar" för att leverera instruktionerna.

Använda kolatomer avsatta på grafen med en fokuserad elektronstråleprocess, Fedorov och medarbetare har demonstrerat en teknik för att skapa dynamiska mönster på grafenytor. Mönstren kan användas för att göra omkonfigurerbara elektroniska kretsar, som utvecklas under en period av timmar innan de slutligen försvinner in i ett nytt elektroniskt tillstånd av grafen. Grafen består också av kolatomer, men i en högordnad form.

Redovisat i tidskriften Nanoskala , forskningen stöddes i första hand av U.S. Department of Energy Office of Science, och involverade samarbete med forskare från Air Force Research Laboratory (AFRL), stöds av Air Force Office of Scientific Research. Förutom att tillåta tillverkning av försvinnande kretsar, Tekniken skulle kunna användas som en form av tidsinställd frisättning där försvinnandet av kolmönstren kan styra andra processer, såsom frisättning av biomolekyler.

"Vi kommer nu att kunna rita elektroniska kretsar som utvecklas över tiden, sa Andrej Fedorov, en professor vid George W. Woodruff School of Mechanical Engineering vid Georgia Tech. "Du kan designa en krets som fungerar på ett sätt nu, men efter att ha väntat en dag på att kolet ska diffundera över grafenytan, du skulle inte längre ha en elektronisk enhet. Idag skulle enheten göra en sak; imorgon skulle det göra något helt annat."

Projektet började som ett sätt att rensa upp kolväten som förorenar grafenens yta. Men forskarna insåg snart att de kunde använda det för att skapa mönster, använda det amorfa kolet som produceras via elektronstråle "skrivande" som ett dopmedel för att skapa negativt laddade sektioner av grafen.

Forskarna var till en början förbryllade när de upptäckte att deras nybildade mönster försvann med tiden. De använde elektroniska mätningar och atomkraftsmikroskopi för att bekräfta att kolmönstren hade rört sig på grafenytan för att slutligen bilda en enhetlig täckning över en hel grafenyta. Förändringen sker vanligtvis under tiotals timmar, och omvandlar slutligen positivt laddade (p-dopade) ytområden till ytor med en likformigt negativ laddning (n-dopad) samtidigt som det bildar en mellanliggande p-n-övergångsdomän under denna utveckling.

"De elektroniska strukturerna förändras kontinuerligt över tiden, "Fedorov förklarade. "Det ger dig en omkonfigurerbar enhet, speciellt eftersom vår koldeposition inte görs med hjälp av bulkfilmer, utan snarare en elektronstråle som används för att rita dit du vill att en negativt dopad domän ska existera."

Grafen består av kolatomer ordnade i ett tätt gitter. Den unika strukturen ger attraktiva elektroniska egenskaper som har lett till omfattande studier av grafen som ett potentiellt nytt material för avancerade elektroniktillämpningar.

Men grafen består fortfarande av kolatomer, och när mönster avsätts på ytan med vanliga kolatomer, de börjar långsamt migrera över grafenytan. Hastigheten med vilken atomerna rör sig kan justeras genom att variera temperaturen eller genom att tillverka strukturer som styr atomernas rörelse. Kolatomerna kan också "frysas" till ett fast mönster genom att använda en laser för att omvandla dem till grafit - en annan form av kol.

"Det finns flera sätt att modulera det dynamiska tillståndet, genom att ändra temperaturen eftersom det styr diffusionshastigheten för kol, genom att styra atomflödet, eller genom att ändra kolfasen, "Sade Fedorov. "Kolet som avsätts genom den fokuserade elektronstråleinducerade depositionsprocessen (FEBID) är mycket löst kopplat till grafen genom van der Waals-interaktioner, så den är mobil."

Utöver de potentiella säkerhetsapplikationerna för försvinnande kretsar, Fedorov ser möjligheten med förenklade kontrollmekanismer som skulle använda spridningsmönstren för att stänga av processer med förinställda intervall. Tekniken kan också användas för att tajma frisättningen av läkemedel eller andra biomedicinska processer.

"Du kan skriva information i ettor och nollor med elektronstrålen, använda enheten för att överföra information, och sedan två timmar senare kommer informationen att ha försvunnit, " sa han. "Istället för att förlita sig på komplexa kontrollalgoritmer som en mikroprocessor måste exekvera, genom att ändra det dynamiska tillståndet eller själva det elektroniska systemet, ditt program kan bli väldigt enkelt. Kanske kan det vara vissa aktiverade, utlöste processer som skulle kunna dra nytta av denna typ av beteende där det elektroniska tillståndet förändras kontinuerligt över tiden."

Fedorov och hans medarbetare har hittills bara visat förmågan att skapa enkla mönster av laddade domäner i grafen. Deras nästa steg blir att använda sina p-n-korsningar för att skapa enheter som skulle fungera under specifika tidsperioder.

Fedorov medger att denna dynamiska kolmönster kan utgöra en utmaning för elektriker som är vana vid statiska enheter som utför samma funktioner dag efter dag. Men han tror att en del kommer att hitta användbara tillämpningar för detta nya fenomen.

"Vi har tagit ett avgörande steg i upptäckten och förståelsen, ", sade han. "Nästa steg kommer att vara att demonstrera en komplicerad och unik applikation som annars skulle vara omöjlig att göra med en konventionell krets. Det skulle ge en helt ny nivå av spänning till det här."