Двумерные материалы лишь были известны в течение нескольких лет. В 2010 ученые Андрэ Жеэм и Константин Новоселов были присуждены Нобелевская премия в области физики за их исследовательскую работу по материальному графену – двумерный аллотроп чистого углерода. По окончании того открытия много других 2D материалов, сделанных из кремния либо германия, были произведены и характеризованы. «Характерная изюминка этих материалов – то, что они – лишь один толстый атом – они – фактически вся поверхность», растолковывает доктор наук Уве Хартманн, экспериментальный физик в Саарландском университете.
В следствии они владеют физическими особенностями, каковые совсем отличаются от их более простых трехмерных родственников.«Электронные особенности некоторых конфигураций графена захватывающие.
Электроны в интерьере материала релятивистские, т.е. они подчиняются законам теории относительности, которая есть, само собой разумеется, не случаем для электронов в простых материалах. Это предлагает большое количество увлекательных преимуществ для электронных компонентов, произведенных от двумерных материалов», говорит Хартманн. Механические особенности этих 2D материалов кроме этого неповторимы.
По словам Хартманна: «Кое-какие конфигурации этих двумерных материалов показывают степень механической стабильности, которая есть – относительно толщины материала – намного больше, чем увиденный в самых стабильных трехмерных материалах». Дабы эксплуатировать данный потенциал, ЕС установил собственный Графеновый ведущий проект в 2013. Со сметой ассигнований на изучения в размере €1 миллиарда это – сейчас самая громадная инициатива по изучению ЕС.
Но информация о механических особенностях этих новых материалов была до сих пор взята из моделирований. «Впредь до сих пор работа с двумерными материалами означала трудиться с ультратонкими пленками на поверхности подходящего трехмерного основания. В следствии свойства полной совокупности неизбежно выяснены трехмерным материалом», растолковывает Хартманн. Трудясь в сотрудничестве с Университетом Лейбница Новых Материалов (INM), что кроме этого находится в кампусе Саарбрюккена, исследовательская несколько Хартманна в Отделе Изучения Наноструктуры и Нанотехнологий в первый раз преуспела в том, дабы конкретно измерить механические особенности независимой, мембраны слоя единственного атома углеродного аллотропического графена.«Мы сейчас имеем возможность конкретно сравнивать эти из образцовых вычислений с отечественными результами экспериментов.
Помимо этого, мы можем сейчас иметь размеры, как разные недостатки в кристаллической решетке мембраны затрагивают ее механические особенности», говорит доктор наук Хартманн. Эти двумерные материалы открывают большую возможность инновационных событий во множестве технологических секторов от приводов и датчиков головок, дабы отфильтровать совокупности и топливные элементы. методы и Результаты, созданные командой в Саарбрюккене, имеют исходя из этого основной интерес к бессчётным областям изучения.Ученые в Саарбрюккене применяли графеновый монослой, что был поддержан на основании с регулярным множеством круглых отверстий.
Хартманн растолковывает установку следующим образом: «У отверстий был диаметр примерно одного микрометра. Применяя просмотр тоннельного микроскопа (STM) мы смогли проанализировать независимую мембрану выше отверстий с ядерной точностью».
«В то время, когда электрическое напряжение применено между наконечником STM и единственным атомом толстая мембрана графена, электрический ток течет», растолковывает Хартманн. Данный ток, что известен как «тоннельный ток», весьма чувствителен к расстоянию между мембранным образцом и наконечником микроскопа и к электронному распределению в графеновом фильме. «Мы используем данный эффект сделать отдельные атомы видимыми. Тоннельный ток варьируется, тогда как наконечник STM просмотрен по материалу».
Но исследователи кроме этого применяют второй эффект. В то время, когда напряжение применено между наконечником STM и примером, сила действует на независимую графеновую мембрану, и это начинает выпирать к наконечнику. «Потому, что наконечник забран, атомарно узкая выпуклость монослоя еще больше, потому, что он действенно поднимается атомарно правильным пинцетом. Измеряя мембранное отклонение, потому, что функция электростатической силы натяжения, произведенной STM, ведет к диаграмме напряжения напряжения, которая предоставляет нам главные механические особенности графеновой мембраны», растолковывает Хартманн.«Делая запись этих экспериментальных диаграмм напряжения напряжения, мы были в состоянии конкретно проверить феноменальные механические особенности, каковые были предположены впредь до сих пор для этих материалов.
И мы смогли сделать это применение силы заказа одной миллиардной Ньютона – далекий, значительно меньший, чем какая-либо сила, применяемая в простом механическом измерении», говорит Хартманн. Исследователи кроме этого смогли продемонстрировать, что, в то время, когда сила была применена к независимой мембране графена, мембрана не вела себя как ровная кожа литавры, но походила намного больше на колыхнутую поверхность озера. Мембраны показывают диапазон аналогичных волне перемещений, и они отвечают на любое внешнее беспокойство, создавая новую рябь в поверхности мембраны."