En studie utförd vid University of São Paulo's Physics Institute (IF-USP), Brasilien, har löst en långvarig kontrovers angående defekter i grafen. Kontroversen är relaterad till beräkningen av den övergripande elektroniska strukturen av defekter. Denna konfiguration, som innehåller många variabler, beskrevs på olika sätt beroende på forskare och vilken modell som användes. Lösningen, som är identisk för alla modeller och kompatibel med experimentella fynd, erhölls av chilenska Ana María Valencia García och hennes doktorandhandledare, Marília Junqueira Caldas, Professor vid IF-USP.

En artikel författad av båda forskarna har publicerats i tidskriften Fysisk granskning B , med titeln "Enskild vakansdefekt i grafen:Insikter i dess magnetiska egenskaper från teoretisk modellering."

"Det fanns skillnader i samhället om huruvida den vakans som bildas genom att ta bort en enda kolatom från ett grafenarks kristallgitter orsakar ett svagt eller starkt magnetiskt moment, och angående styrkan av den magnetiska interaktionen mellan lediga platser, ", sa Caldas. Den lediga tjänsten uppmanar de omgivande atomerna att ordna om sig själva till nya kombinationer för att tillgodose frånvaron av en atom, bildar elektronkluster kända som "flytande orbitaler" vid den lediga platsen.

Tre viktiga variabler är associerade med fenomenet:elektrondensitet, dvs. hur elektronerna är fördelade; elektronnivåer, dvs. energinivåerna som upptas av elektronerna; och magnetiskt moment, dvs. det vridmoment som produceras i elektronerna av ett externt magnetfält.

Förstahandsanvändning av hybridmetod i grafen

"Det finns två sätt att beräkna den övergripande elektronstrukturen i vakansområdet, båda härledda från kvantmekaniken:Hartree-Fock (HF) metoden, och densitetsfunktionsteori (DFT). I DFT, beräkningen utförs genom att få varje elektron att interagera med medelelektrondensitet, som inkluderar elektronen i fråga. I HF, operatorn som används utesluter elektronen och tar bara hänsyn till dess interaktion med de andra. HF ger mer exakta resultat för elektronstruktur men beräkningen är mycket mer mödosam, sa Caldas.

"De två metoderna kombineras ofta med hjälp av hybridfunktioner, som har nämnts i den vetenskapliga litteraturen sedan slutet av 1900-talet. Jag arbetade själv med dem för en tid sedan i en studie om polymerer, men de hade aldrig använts i fallet med grafen. Vad Ana María Valencia García och jag gjorde var att hitta den hybridfunktion som bäst beskriver materialet. Tillämpas på flera modeller med datorsimulering, vår hybridfunktion gav samma resultat för dem alla och detta resultat matchade experimentdata."

Förutom att lösa kontroversen, som varade i åratal, en annan intressant aspekt av denna forskning är problemet som motiverade den. "Vi kom till det via intresset som väckts av ett material känt som antropogen mörk jord eller ADE, " Caldas förklarade. "ADE är en sorts mycket mörk, bördig jord som finns i flera delar av världen, inklusive Amazonas. Den behåller fukt även vid höga temperaturer, och förblir bördig även under kraftigt regn. Det kallas antropogen eftersom dess sammansättning härrör från mjöl och odling av ursprungsbefolkningar under den precolumbianska perioden för minst två årtusenden sedan. Detta spännande material var känt för att ha resulterat från flera staplade lager av grafennanoflingor. Det var vårt intresse för ADE som fick oss att studera fenomenet vakans i grafenark."

Sammanfattningsvis, Det bör noteras att det finns potentiella ansökningar om lediga tjänster i grafenark, eftersom information kan kodas in i defekten och inte i hela strukturen. Mycket mer forskning kommer att behövas innan applikationer kan utvecklas, dock.