По словам Пола Тибадо, профессора физики Университета Арканзаса, это открытие способствует фундаментальному пониманию одного из самых прочных, легких и наиболее проводящих материалов. «Физики знали, что рябь должна быть, и некоторые эксперименты обнаружили их», – сказал он. "Но они могли измерить рябь только как статичную во времени. Теория требует, чтобы они колебались, больше похоже на океан с волнами.
Тепловая энергия должна колебаться. Вплоть до нашего эксперимента никто не смог успешно измерить это динамическое свойство ряби."
Команда опубликовала свои выводы в понедельник, 28 апреля, в онлайн-журнале Nature Communications, опубликованном журналом Nature, в статье под названием «Необычные сверхнизкочастотные колебания в отдельно стоящем графене."
Автономный графен может стать заменой кремнию и другим материалам в микропроцессорах и энергетических устройствах следующего поколения, но многое остается неизвестным о его механических и тепловых свойствах.
Графен, открытый в 2004 году, представляет собой лист графита толщиной в один атом. Электроны, движущиеся через графит, обладают массой и сталкиваются с сопротивлением, но электроны, движущиеся через графен, не имеют массы и поэтому сталкиваются с гораздо меньшим сопротивлением. Это делает графен отличным кандидатным материалом для будущих энергетических потребностей, а также для использования в квантовых компьютерах, что позволяет проводить огромные вычисления с минимальным потреблением энергии.
Исследованием руководил Пэн Сюй, научный сотрудник отделения физики Университета Дж. Колледж искусств и наук Уильяма Фулбрайта в Университете Арканзаса.
Сюй и Тибадо использовали сканирующую туннельную микроскопию, которая дает изображения отдельных атомов на поверхности, для измерения сверхнизкочастотных флуктуаций в области размером в один квадратный ангстрема отдельно стоящего графена. Ангстрем – это единица измерения длины, равная одной стомиллионной доли сантиметра.
Эти колебания, известные как внутренняя рябь, было чрезвычайно трудно изучить, поскольку их вертикальное движение обычно создает размытые изображения, сказал Тибадо. Исследователи из Университета Арканзаса успешно создали четкие изображения, которые позволили им представить модель теории упругости для объяснения колебаний очень низкой частоты. В физике эластичность – это тенденция твердых материалов возвращаться к своей первоначальной форме после деформации.
По словам Тибадо, эксперта в области экспериментальной физики конденсированного состояния, инновационная технология сканирующей туннельной микроскопии, разработанная исследователями, обеспечивает столь необходимый зонд атомного масштаба для зависимого от времени поведения собственной ряби. Динамика пульсаций важна для понимания механической стабильности и эффективных транспортных свойств теплопроводности графена.
В последнее десятилетие физики-теоретики предсказали изгибную моду в двумерном материале графена, которая сочетается с растягивающей модой графена. По словам Тибадо, без этого изгиба и сцепления автономный графен не существовал бы.
Это исследование, финансируемое Управлением военно-морских исследований и Национальным научным фондом, проводилось в основном в рамках исследовательского партнерства между Университетом Арканзаса и Университетом Антверпена в Бельгии.
Результаты были получены в результате совместных усилий с аспирантами Университета Арканзаса Стивеном Д. Барбер, Джеймс Кевин Шольц и Мэтью Л. Акерман; Мехди Ник-Амаль из Университета Антверпена и Педагогического университета Шахида Раджаи в Иране, Али Садеги из Университета Базеля в Швейцарии и Франсуа Петерс из Университета Антверпена.