Det svänger om grafen

Förutom att räkna på protonledaren barium-zirkonim-oxid (som jag ska skriva mer om här en vacker dag) så har jag också påbörjat ett projekt där jag räknar på grafen. Ni vet, kolmaterialet som är en atom tjockt och som först framställdes med hjälp av grafit och tejp (och som resulterade i ett Nobelpris förra året). Sen det här materialet upptäcktes har det dykt upp många fantasifulla idéer om vad det kan användas till - böjliga pekskärmar, till exempel. 

Det jag räknar på är ett nanoelektromekaniskt system, eller NEMS. I ett NEMS kombineras elektriska strömmar eller spänningar med mekaniska rörelser. Exempelvis kan man lägga en bit grafen på ett underlag (substrat) med hål i, så att grafenet liksom hänger över ett hålrum. Har man då placerat en elektrod i botten på hålet kan man lägga på en elektrisk spänning som får grafenet att börja svänga upp och ner. Det jag vill undersöka är vad som händer i kontaktytan mellan grafenet och underlaget, eftersom den kontakten är viktig för hur fort rörelseenergin försvinner från den svängande delen av grafenet.

Något jag inte visste innan jag gav mig in på detta är att man faktiskt har ett tänkbart användningsområde till sådana här system. Om det kommer en molekyl och fastnar på det vibrerande grafenet ändras nämligen frekvensen, vilket gör att man kan mäta små mängder av olika ämnen med de här strukturerna. Sätter man från början fast molekyler på grafenlagret som gärna binder vissa andra molekyler får man ett väldigt känsligt mätinstrument för om ett visst ämne finns i ett prov, vilket kan vara viktigt för exempelvis diagnostik av sjukdomar. Att systemet är just av nanostorlek är viktigt för känsligheten. Mätningen blir nämligen mer och mer precis ju högre resonansfrekvensen är, något som bestäms av systemets storlek. (För er som har tillgång till vetenskapliga artiklar är Eom et al. Nanomechanical resonators and their applications in biological/chemical detection: Nanomechanical principles, Physics reports 503 115 (2011) en bra källa till mer information. Jag har försökt hitta någon mer lättläst, och allmänt tillgänglig, text men inte lyckats.)