La física de membranas cristalinas

El grafeno, una única capa de átomos de carbono, es usualmente descrito como el material más fuerte medido. Sus propiedades elásticas no están aún completamente comprendidas. El estudio de las propiedades mecánicas y térmicas de grafeno se inserta en el contexto más amplio del estudio de membranas cristalinas. En una membrana, las vibraciones fuera y dentro del plano están fuertemente acopladas. Este hecho permite explicar la contracción de membranas al calentarse, pero al mismo tiempo, lleva a que las propriedades elásticas de una membrana sean anómalas, dependiendo fuertemente de su tamaño.

1) Thermodynamics of quantum crystalline membranes

Las propiedades de membranas biológicas, como las superficies de los glóbulos rojos en la sangre, son controladas por vibraciones activadas térmicamente. Estas membranas están constituidas por moléculas muy grandes, mientras el grafeno está formado por una mera capa de átomos de carbono. Para una membrana formada por constituyentes tan ligeros, es de esperar que más allá de fluctuaciones térmicas, también sean relevantes fluctuaciones cuánticas de punto cero. En este trabajo, estudiamos el efecto de fluctuaciones cuánticas en la expansión térmica y el calor específico de una membrana.

2) Flexural mode of graphene on a substrate

Mientras las propiedades en una membrana libre están controladas por la interacción entre vibraciones paralelas y perpendiculares al plano, en una membrana apoyada sobre un substrato, el principal efecto es el acoplo entre vibraciones fuera del plano de la membrana y el substrato. En este trabajo, estudiamos los efectos de tal acoplo, y hallamos que la expansión térmica de la membrana depende del substrato. Si la membrana es conductora de la electricidad, como el grafeno, también descubrimos que el substrato, al suprimir las fluctuaciones fuera del plano de la membrana, logra que el grafeno sobre un substrato sea mejor conductor que el grafeno suspendido.

Bruno Amorim