Publicado em 24 de fevereiro de 2012 | Física 5 , 24 (2012) | DOI: 10.1103/Physics.5.24
Concurso para Grafeno: Graphynes com cones dependente de direção, de Dirac
Publicado em 24 de fevereiro de 2012
D. Malko et al. , Phys. Rev. Lett. (2012)
Esticada favo de mel. A rede de carbono no presente 6,6,12-graphyne tem uma simetria rectangular, ao contrário da simetria hexagonal de grafeno.
Super-forte, altamente condutor grafeno é o bilhete o mais quente na física, mas novas simulações computacionais sugerem que os materiais chamados graphynes poderia ser tão impressionante. Graphynes são folhas de um átomo de espessura de carbono que lembram o grafeno, exceto no tipo de ligações atômicas. Apenas pequenos pedaços de graphyne já foram fabricados, mas as novas simulações, descritas na revista Physical Review Letters , podem inspirar novos esforços para construir amostras maiores. Os autores mostram que três graphynes diferentes têm uma estrutura graphenelike electrónico, o que resulta em electrões eficazmente sem massa. A simetria única em um desses graphynes pode potencialmente levar a novas utilizações em dispositivos eletrônicos, além daqueles de grafeno.
A estrutura de um único átomo de espessura de átomos de carbono arranjados em um padrão de favo de mel, conhecido como o grafeno, foi isolado pela primeira vez em um laboratório de 2004, mas muitos dos seus notáveis propriedades eletrônicas foram revelados pelos teóricos 60 anos antes. O aspecto mais marcante do grafeno é que seus níveis de energia eletrônicos, ou "bandas", produzir elétrons de condução, cujas energias são diretamente proporcionais à sua dinâmica. Esta é a relação de energia-momento exibido por fotões, que são partículas sem massa de luz. Elétrons e outras partículas de matéria normalmente têm energias que dependem do quadrado de sua dinâmica.
Quando as bandas são traçados em três dimensões, a relação de energia-momento photonlike aparece como um cone invertido, chamado um cone de Dirac. Esta relação incomum causa electrões de condução para se comportam como se fossem sem massa, como fotões, de modo que todos eles viajar em aproximadamente a mesma velocidade (cerca de 0,3 por cento da velocidade da luz). Esta uniformidade conduz a uma condutividade superior a cobre.
Graphynes diferem de seu primo grafeno de carbono em que sua estrutura 2D contém ligações triplas, além de ligações duplas. Estas ligações triplas abrir uma matriz potencialmente ilimitado de diferentes geometrias além da estrutura perfeita hexagonal do grafeno, embora apenas pequenos pedaços de graphynes foram sintetizados até agora. Ainda assim, isso não impediu que os teóricos de explorar suas propriedades [ 1 ]. Um trabalho recente deu uma indicação de que certos graphynes pode ter cones de Dirac [ 2 ]. Para verificar isso, Andreas Görling da Universidade de Erlangen-Nürnberg, na Alemanha e seus colegas já realizaram uma investigação mais rigorosa de graphyne usando state-of-the-art métodos.
A equipe selecionou três graphynes de estudo: dois com simetria hexagonal e um terceiro com simetria retangular. Os primeiros pesquisadores verificou que estes eram graphynes estável, simulando as suas vibrações e verificar se eles voltaram a sua forma original. Eles, então, determinou a estrutura de banda utilizando densidade funcional teoria, o padrão-ouro para lidar com o número irremediavelmente grande de interações elétron-elétron dentro de um material. As simulações mostraram que todos os três graphynes tinha cones de Dirac. Isto foi surpreendente no caso de o graphyne rectangular, Görling diz, porque a maioria das pessoas assumido este tipo de estrutura electrónica foi ligada a simetria hexagonal. A implicação é que os materiais de muitos outros (alguns átomos de carbono contendo outros do que) poderia ter cones de Dirac.
Em uma análise mais aprofundada do graphyne retangular simétrica, a equipe descobriu que os cones de Dirac não estavam perfeitamente cónica. Uma fatia vertical na direção do "lado curto" da rede retangular deu um triângulo invertido, como seria esperado, mas no sentido perpendicular, paralelo ao "lado mais longo", a seção transversal foi curvado, como uma inclinação para triângulo uma parábola. Essa distorção deve levar a uma condutância que depende da direção da corrente, uma propriedade não foi encontrado no grafeno, mas que pode ser explorada em nanodispositivos eletrônicos, Görling diz. Outra propriedade potencialmente útil deste graphyne é que ele deve contêm naturalmente electrões condutoras e não deve requerer noncarbon "" dopantes átomos de ser adicionado como uma fonte de electrões, como é exigido para o grafeno.
O grande desafio agora é fazer amostras graphyne grandes. "Os químicos orgânicos, como eu, pode sintetizar (muitas vezes com dificuldade) subunidades moleculares complexas", mas estas pequenas secções graphyne não apresentam as propriedades esperadas de uma rede grande, diz Michael Haley, da Universidade de Oregon, em Eugene. Andre Geim, da Universidade de Manchester, Reino Unido, que recebeu em 2010 o Prêmio Nobel por seu trabalho experimental com o grafeno, diz que graphyne é "um material extremamente interessante, e esse relatório acrescenta a emoção." Ele só espera que não vai ter 60 anos para experimentalistas para fazer a emoção uma realidade neste momento.
Michael Schirber é um escritor freelance ciência em Lyon, França.
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