Grafen reparerar hål genom att sticka ihop sig själv, säger fysiker

Grafenrevolutionen är över oss. Om man ska tro visionärerna kommer nästa generation av mer eller mindre allt att baseras på detta undermaterial – sensorer, ställdon, transistorer och informationsprocessorer och så vidare. Det verkar lite som grafen inte kan göra.

Men det finns en fluga i salvan. Ingen har ännu räknat ut hur man gör grafen i stora, pålitliga kvantiteter eller hur man skär och odlar det till de former som krävs för nästa generations enheter.

Det beror till stor del på att det är knepigt att odla något till ett lager som bara är en enda atom tjockt. Men för kol är det desto svårare på grund av detta elements affinitet till andra atomer, inklusive sig själv. Ett kolskikt kryper gärna ihop sig och bildar ett rör eller en boll eller någon mer exotisk form. Det kommer också att reagera med andra atomer i närheten, vilket förhindrar tillväxt och kan till och med slita isär grafen.

Så en bättre förståelse för hur ett grafenark interagerar med sig själv och sin miljö är avgörande om fysiker någonsin ska tämja det här.

Gå in Konstantin Novoselov vid University of Manchester och några kompisar som har tillbringat mer än några timmar med att stirra på grafenark genom ett elektronmikroskop för att se hur det beter sig.

Idag säger de här killarna att de har upptäckt varför grafen verkar så oförutsägbart. Det visar sig att om man gör ett hål i grafen så stickar materialet ihop sig automatiskt igen.

Novoselov och co gjorde sin upptäckt genom att etsa små hål i ett grafenark med hjälp av en elektronstråle och titta på vad som händer härnäst med hjälp av ett elektronmikroskop. De tillsatte också några atomer av palladium eller nickel, som katalyserar dissociationen av kolbindningar och binder till kanterna av hålen vilket gör dem stabila.

De fann att storleken på hålen berodde på antalet metallatomer de lade till - fler metallatomer kan stabilisera större hål.

Men här är det konstiga. Om de också tillsatte extra kolatomer till blandningen, fördrev dessa metallatomerna och knöt ihop hålen igen.

Novoselov och co säger att strukturen på det reparerade området beror på i vilken form kolet är tillgängligt. Så när de är tillgängliga som kolväte, tenderar reparationerna att innehålla icke-hexagonala defekter där främmande atomer har kommit in i strukturen.

Men när kolet finns tillgängligt i ren form är reparationerna perfekta och bildar orörd grafen.

Det är viktigt eftersom det omedelbart föreslår ett sätt att odla grafen till nästan vilken form som helst med hjälp av försiktig injektion av metall- och kolatomer.

Men det finns betydande utmaningar framför oss. En viktig fråga är hur snabbt dessa processer sker och om de kan styras med den precision och tillförlitlighet som krävs för tillverkning av enheter.

Novoselov är världsledande på detta område och den gemensamma mottagaren av Nobelpriset i fysik 2010 för sitt tidiga arbete med grafen. Han och hans team är väl rustade för att lösa denna och olika relaterade frågor.

Men med framtiden för datoranvändning (och nästan allt annat) som står på spel, kommer det säkert att finnas många konkurrenter som knäpper i hälarna.

Ref: arxiv.org/abs/1207.1487 : Grafen stickar om sina hål

Dölj