p Em 2008, experimentos na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Fundação Fu na Universidade de Columbia estabeleceram o grafeno puro, uma única camada de grafite com apenas um átomo de espessura, como o material mais forte conhecido pela humanidade. Isso levantou uma questão para Chris Marianetti, Professor assistente no Departamento de Física Aplicada e Matemática Aplicada da Columbia Engineering:como e por que o grafeno quebra? p Usando a teoria quântica e supercomputadores, Marianetti revelou os mecanismos de falha mecânica do grafeno puro sob tensão de tração. Em um artigo recentemente aceito para publicação na revista Cartas de revisão física , ele mostra isso, quando o grafeno está sujeito a deformações iguais em todas as direções, ele se transforma em uma nova estrutura que é mecanicamente instável.

p Marianetti diz que esse mecanismo de falha é uma nova instabilidade de fônon de modo suave. Um fônon é um modo vibracional coletivo de átomos dentro de um cristal, semelhante a uma onda em um líquido. O fato de um fônon se tornar "macio" sob tensão de tração significa que o sistema pode reduzir sua energia distorcendo os átomos ao longo do modo vibracional e fazendo a transição para um novo arranjo cristalino. Sob tensão suficiente, o grafeno desenvolve um modo suave particular que faz com que o arranjo em favo de mel de átomos de carbono seja conduzido em direção a anéis hexagonais isolados. Este novo cristal é estruturalmente mais fraco, resultando na falha mecânica da folha de grafeno.

p "Isso é empolgante em muitos níveis diferentes, "Marianetti observa." Os modos suaves foram reconhecidos pela primeira vez na década de 1960 no contexto das transições de fase ferroelétricas, mas eles nunca estiveram diretamente ligados à fratura. Tipicamente, defeitos em um material sempre farão com que a falha aconteça prematuramente, mas a natureza primitiva do grafeno permite testar nossa previsão. Já delineamos alguns novos experimentos interessantes para observar diretamente nossa previsão teórica do modo suave. "

p Marianetti acrescentou que esta é a primeira vez que um fônon óptico macio foi associado a falha mecânica e que, portanto, é provável que este novo mecanismo de falha não seja exclusivo do grafeno, mas pode ser prevalente em outros materiais muito finos. "Com a nanotecnologia se tornando cada vez mais onipresente, compreender a natureza do comportamento mecânico em sistemas de baixa dimensão, como o grafeno, é de grande importância. Achamos que a deformação pode ser um meio de projetar as propriedades do grafeno, e, portanto, compreender seus limites é fundamental. "A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation.

p Os interesses de pesquisa de Marianetti estão no uso da mecânica clássica e quântica para modelar o comportamento de materiais em escala atômica. Em particular, ele está focado na aplicação dessas técnicas a materiais com potencial para armazenamento e conversão de energia. As aplicações atuais em seu programa de pesquisa variam de materiais nucleares, como plutônio, a materiais de baterias recarregáveis, como óxidos de cobalto.