Le graphène, une couche d'un atome d'épaisseur de carbone, est considéré comme le matériau le plus résistant connu de l'humanité. Il a trouvé de nombreuses applications dans le domaine des nanotechnologies, y compris la fabrication de plus forte que l'acier par-un-centuple nanotubes. Cependant, le professeur adjoint Chris Marianetti à l'Université Columbia a révélé une faiblesse structurelle fondamentale du graphène qui mène à sa possible défaillance mécanique à rude épreuve, et pourrait changer la façon dont nous utilisons cela et d'autres matériaux pour construire des dispositifs nanotechnologiques.

En utilisant la théorie quantique et aidé par des superordinateurs, Marianetti a découvert que lorsque le graphène pur est soumis à l'égalité de souche dans toutes les directions, il se transforme en une nouvelle structure qui est mécaniquement instable - la disposition en nid d'abeille d'atomes de carbone dans la feuille de graphène se transforme en une série de anneaux hexagonaux isolés qui est structurellement plus faible, ce qui provoque une défaillance mécanique du matériau.

À toute température supérieure au zéro absolu, tous les atomes dans un cristal de vibrer avec une certaine intensité - plus la température, plus les vibrations. L'équipe dirigée par Marianetti constaté que sous contrainte isotrope, un phonon (le mode de vibration collective d'atomes dans un cristal) est modifié et devient «douce». Le système déforme alors ses atomes le long du mode et des transitions de vibration à un nouvel arrangement qui est structurellement plus faible.

Ceci est la première fois un phonon optique douce a été liée à une défaillance mécanique, et ouvre la voie à de nouvelles recherches qui devraient vérifier si, comme les suspects de l'équipe, ce mécanisme de défaillance est présent dans d'autres matériaux très fins ainsi. Souches peut même être un moyen de concevoir les propriétés du graphène, afin de comprendre ses limites est critique.

La recherche-Britannique a été financée par la National Science Foundation. Un document détaillant la recherche est due à être publié prochainement dans la revue Physical Review Letters.