Grafen, ett tvådimensionellt undermaterial bestående av ett enda lager kolatomer kopplade i ett sexkantigt höns-trådmönster, har väckt stort intresse för sin fenomenala förmåga att leda elektricitet. Nu har forskare vid University of Illinois i Chicago använt stavformade bakterier - exakt inriktade i ett elektriskt fält, vakuum -krympt under ett grafenark - för att introducera nanoskala krusningar i materialet, får den att leda elektroner olika i vinkelräta riktningar.

Det resulterande materialet, typ av en grafen nano-corduroy, kan appliceras på ett kiselchip och kan öka grafens nästan gränslösa potential inom elektronik och nanoteknik. Fyndet rapporteras i tidningen ACS Nano .

"Strömmen över grafenrynkorna är mindre än strömmen längs dem, "säger Vikas Berry, docent och tillfällig chef för kemiteknik vid UIC, som ledde forskningen.

Nyckeln till bildandet av dessa rynkor, han sa, är grafens extrema flexibilitet i nanometerskalan, som tillåter bildning av kolnanorör.

"Rynkan öppnar ett" V "i elektronmolnet runt varje kolatom, "Berry sa, skapa ett dipolmoment, som kan öppna ett elektroniskt bandgap som platt grafen inte har.

Andra forskare har skapat rynkor i grafen genom att sträcka arket och låta det snäppa tillbaka. Men sådana rynkor är inte begränsade till mikroskala och kan inte riktas mot en plats på en mikroenhet, Sa Berry.

Han och hans kollegor kom på ett unikt sätt att introducera begränsade, guidad, och vanliga grafenringar med hjälp av bacillusbakterier, genom att använda själva grafen som en backventil för att ändra cellvolymen.

Forskarna placerade bakterierna i ett elektriskt fält, får dem att ställa upp som strängar med korv i upprepade rader. Sedan applicerade de ett ark grafen över toppen.

"Under vakuum, grafen lyfter, och släpper ut vatten, "Sa Berry. Men under press, grafen sätter sig tillbaka på substratet och förhindrar att vatten kommer in i bakterierna igen, han sa.

"Det är en nanoskopisk ventil som aktiverar enriktad vätskeflöde i en mikroorganism, "Sa Berry." Futuristiskt, denna ventiloperation kan tillämpas på mikrofluidiska enheter där vi vill ha flöde i ena riktningen men inte den andra. "

Efter att bakterierna har vakuumkrympats, grafen rekonformeras, men med rynkor. Efter värmebehandling, de resulterande permanenta krusningarna ovanpå bakterierna är alla inriktade på längden, med en höjd av 7 till 10 nanometer, och en våglängd på cirka 32 nm.

Rynkorna observerades genom elektronmikroskopi med avläsning av fältemission, som måste göras under högt vakuum, och genom atomkraftsmikroskopi vid atmosfärstryck.

"Våglängden [krusning] är proportionell mot materialets tjocklek, och grafen är det tunnaste materialet i världen, "Berry sa." Vi föreställer oss att med grafen kan man göra de minsta våglängdsrynkorna i världen - cirka 2 nanometer. "

Nästa mål, han sa, kommer att vara att skapa processer för att ytterligare förfina krusningarna och variera deras amplitud, våglängd och längdlängd.

För att mäta effekten av krusningarnas orientering på transporttransporten, doktorand Shikai Deng, huvudförfattaren till tidningen, tillverkade en plusformad enhet med bakterier i linje parallellt med ett par elektroder och vinkelrätt mot ett annat par. Han fann att den krusade grafenens ledningsbarriär var större i tvärriktningen än i längdriktningen.

Introduktionen av orienterade krusningar till grafen representerar ett helt nytt material, Sa Berry.

"Tillsammans med kolnanorör, grafen och fulleren, detta är en ny kolallotrop - ett halvt kol -nanorör kopplat till grafen, "sa han." Strukturen är annorlunda, och de grundläggande elektroniska egenskaperna är nya. "