Ett internationellt team av fysiker, ledd av forskare vid University of Arkansas, har observerat spontan mekanisk buckling i fristående grafen med scanning tunneling mikroskopi, indikerar att den har potential att bli en ny elektronisk strömkälla.

Upptäckten främjar förståelsen av grafen, ett tvådimensionellt material som bara är en enda atom i tjocklek, och dess potentiella roll i utvecklingen av nästa generations elektroniska enheter.

Forskargruppen publicerade sina resultat i tisdags Fysiska granskningsbrev , tidskriften för American Physical Society. Upptäckten lyftes också fram på samhällets nyhetssajt för fysik.

Forskarna använde scanning tunneling mikroskopi, som producerar bilder av enskilda atomer på en yta, för att demonstrera den spontana mekaniska bucklingen.

Fyndet öppnar ett nytt forskningsfält i studien av dynamiskt beteende hos fristående tvådimensionella material som kontrolleras av scanning tunneling mikroskopi, sa Paul Thibado, professor i fysik vid U of A som ledde studien.

"Fristående grafen är ständigt i rörelse, " sa Thibado. "Den rör sig upp och ner som en boj som guppar i havet. Guppningsrörelsen avbryts intermittent när materialet vänder från att se ut som den inre delen av en skål till den yttre delen av skålen – den höga hastigheten, genomsnäppningsrörelse är känd som mekanisk buckling."

Forskarna fann att knäckrörelsen korrelerar till ett fenomen som kallas en "Lévy -flygning, " uppkallad efter den franske matematikern Paul Lévy. Lévy-flygning hänvisar till en slumpmässig vandringsprocess där långa utflykter sker med högre statistiska sannolikheter än ett normalt system i konstant slumpmässig rörelse. Lévy-flygningar är vanliga i biologiska system och modellerar noggrant födosöksmönster för djur.

Fenomenet har inte observerats i atomär skala med ett oorganiskt system förrän denna studie, Thibado sa, gör det möjligt att förutse och kontrollera långa utflyktshändelser.

"Knäckningshändelser i 2D-material är nyckeln till att förstå fenomenet med Levy-flygningar, " han sa.

Fristående grafens kontinuerliga rörelse, förstärkt av den höga kinetiska energin hos dessa slumpmässiga inversioner, kan omvandlas till elektrisk ström och användas i stället för batterier för att driva små elektroniska enheter, Sa Thibado. Det finns ett akut behov av utveckling av andra kraftkällor än batterier, särskilt när trådlösa sensornätverk som ansluter icke-datorobjekt till internet växer.

Sådana trådlösa sensornätverk är gemensamt kända som sakernas internet, till exempel löparskor som ger prestationsfeedback till en idrottare eller ett "smart" bevattningssystem som övervakar och rapporterar fuktnivåer på avlägsna fält.

Surendra Singh, professor i fysik vid U of A och en medförfattare till studien, hjälpte till att identifiera sambandet mellan Lévy-flyg och systemets statistiska egenskaper. Medförfattare Pradeep Kumar, biträdande professor i fysik vid U of A, gav insikt i att utveckla simuleringen av molekylär dynamik, vilket bevisade att mekanismen för de långa utflykterna var mekanisk buckling.