p Um grupo de pesquisa internacional liderado por cientistas do Centro de Ciência e Tecnologia em nanoescala do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) desenvolveu um método para medir as vibrações do cristal no grafeno. Compreender essas vibrações é uma etapa crítica para controlar as tecnologias futuras baseadas no grafeno, uma forma de carbono com a espessura de um átomo. p Eles relatam suas descobertas em 19 de junho, 2015, emissão de Cartas de revisão física .

p Os átomos de carbono nas folhas de grafeno são organizados em uma estrutura semelhante a um favo de mel que se repete regularmente - um cristal bidimensional. Como outros cristais, quando bastante calor ou outra energia é aplicada, as forças que unem os átomos fazem com que os átomos vibrem e espalhem a energia por todo o material, semelhante a como a vibração da corda de um violino ressoa por todo o corpo do violino quando tocada.

p E, assim como cada violino tem seu próprio caráter único, cada material vibra em frequências únicas. As vibrações coletivas, que têm frequências na faixa de terahertz (um bilhão de bilhões de oscilações por segundo), são chamados de fônons.

p Compreender como os fônons interagem dá pistas sobre como colocar, retire ou mova a energia dentro de um material. Em particular, Encontrar maneiras eficazes de remover a energia térmica é vital para a miniaturização contínua da eletrônica.

p Uma maneira de medir essas vibrações minúsculas é rebater os elétrons do material e medir quanta energia os elétrons transferiram para os átomos em vibração. Mas é difícil. A tecnica, chamada espectroscopia de tunelamento de elétrons inelástica, provoca apenas um pequeno sinal que pode ser difícil de detectar em meio a distúrbios mais estridentes.

p "Os pesquisadores freqüentemente se deparam com a descoberta de maneiras de medir sinais cada vez menores, "diz o pesquisador do NIST Fabian Natterer, "Para suprimir o caos e controlar os pequenos sinais, usamos as propriedades muito distintas do próprio sinal. "

p Ao contrário de um violino que soa com o toque mais leve, de acordo com Natterer, fônons têm um limiar de energia característico. Isso significa que eles não vibrarão a menos que recebam a quantidade certa de energia, como o fornecido pelos elétrons em um microscópio de tunelamento de varredura (STM).

p Para filtrar o sinal dos fônons de outras distrações, Os pesquisadores do NIST usaram seu STM para alterar sistematicamente o número de elétrons que se movem através de seu dispositivo de grafeno. Como o número de elétrons variava, os sinais indesejados também variavam em energia, mas os fônons permaneceram fixos em sua frequência característica. A média dos sinais sobre as diferentes concentrações de elétrons diluiu os distúrbios irritantes, mas reforçou os sinais de fônon.

p A equipe foi capaz de mapear todos os fônons de grafeno desta forma, e suas descobertas concordaram bem com as previsões teóricas de seus colaboradores da Georgia Tech.

p De acordo com o NIST Fellow Joe Stroscio, aprender a captar o sinal dos fônons permitiu-lhes observar um comportamento peculiar e surpreendente.

p "A intensidade do sinal de fônon caiu drasticamente quando mudamos o portador de carga de grafeno de buracos para elétrons - cargas positivas para negativas, "diz Stroscio." Uma pista para o que inicialmente melhora os sinais dos fônons e, em seguida, faz com que eles caiam são os modos de galeria sussurrantes, que se tornam cheios de elétrons e impedem a vibração dos fônons quando mudamos do doping para o elétron. "

p A equipe observa que esse efeito é semelhante aos efeitos induzidos por ressonância vistos em moléculas pequenas. Eles especulam que se o mesmo efeito estivesse acontecendo aqui, pode significar que o sistema - grafeno e STM - está imitando uma molécula gigante, mas diga que eles ainda não têm uma base teórica sólida para o que está acontecendo.

p O dispositivo de grafeno de alta pureza foi fabricado pelo pesquisador do NIST Y. Zhao no Nanofab do Center for Nanoscale Science and Technology, uma facilidade de usuário nacional disponível para pesquisadores da indústria, academia e governo.