Az MTA TTK Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetében Tapasztó Leventének és munkatársainak először sikerült a grafén szerkezeti hullámzását nanométer alatti (0.7 nm) pontossággal szabályozni. Az eddig elérhető 300 nanométeres hullámhosszhoz képest ez óriási előrelépést jelent. Eredményeiket a Nature Physics folyóirat következő száma előtt már az Advanced Online Publication rovatban közlik (L.Tapasztó, T. Dumitrica, S.J. Kim, P. Nemes-Incze, C. Hwang & L.P. Biró. Breakdown of continuum mechanics for nanometre-wavelength rippling of graphene. Nature Physics, DOI:10.1038/NPHYS238).
Az MFA nanoszerkezetek laboratóriumában ez immár a második olyan nanotechnológiai eljárás, amely új etalont állít fel a grafénkutatás területén, hiszen a korábban kifejlesztett STM litográfiás nanomegmunkálási eljárásuk pontosságát (2,5 nm széles grafén szalag) a mai napig sem sikerült túlszárnyalni (L. Tapasztó et al. Nature Nanotechnol. 3, 397 (2008)).
A membránok mechanikájával leggyakrabban biológiai rendszerek (pl. sejtmembránok) vizsgálata során találkozunk, amely a fizika úgynevezett „soft matter” témakörébe tartozik, míg a kristályos anyagok fizikáját a szilárdtestfizika vizsgálja. A grafén lehet az összekötő kapocs e két jól elkülönült terület között. Egyrészt kristályos szerkezetű, másrészt az elképzelhető legvékonyabb membrán, amely a klasszikus mechanika törvényei értelmében a síkra merőleges deformációkkal szemben nagyon lágy anyagként viselkedik. E két tulajdonság egyedi ötvöződése teszi lehetővé a grafénban, hogy sávszerkezetét és ezáltal elektromos viselkedését a mechanikai deformációk segítségével kontrolláltan módosítsuk. Ez a technika az úgynevezett „strain- engineering”.
Tapasztó Levente és munkatársai a szuszpendált grafén nanomembránok atomi szerkezetében ellenőrzött módon tudtak létrehozni nanométeres periódusú modulációt termikusan indukált feszültség segítségével. Ez az úttörő eredmény két szempontból is átütő jelentőségű. Egyrészt lehetőséget nyit arra, hogy a membránok mechanikai viselkedését abban a tartományban is tanulmányozhassák, ahol a deformáció hullámhossza összemérhető a rácsállandóval. A kutatók azt találták, hogy a grafén nanoskálájú deformációinak értelmezésében a klasszikus kontinuum mechanika egyenletei csődöt mondanak és a nanoméretű grafén hullámok kialakulását csak az atomi kötések mechanikájára alapozott kvantummechanikai modellek képesek leírni. A klasszikus mechanika szerint, ugyanis olyan ismert anyagból álló membrán, amely ilyen kis hullámhosszú szerkezeti hullámosságot képes lenne elviselni, nem létezik.
Ez az eredmény alapvető fontosságú a grafén alapú nano-elektro-mechanikai rendszerek (NEMS) működésének tervezésében. Azáltal, hogy a hullámosság karakterisztikus méretét a nanométeres tartományba sikerült csökkenteni a szerkezeti hullámoknak a sávszerkezetre gyakorolt hatásai jelentősen felerősödtek. A TTK MFA kutatóinak először sikerült ezáltal grafénban úgynevezett elektromos szuperráscsot létrehozni, amely potenciálisan számos alkalmazás alapját képezheti. Így, várható, hogy segítségével tiltott sáv nyitható a grafén sávszerkezetében anélkül, hogy hibákat (grafén éleket) hoznánk létre, illetve a töltéshordozók terjedése anizotroppá tehető a grafén síkjában, mivel a szerkezeti hullámok irányában haladó elektronok jelentősen lelassulhatnak.
A kísérleti munka a Koreai-Magyar Közös Nanolaboratórium keretében folyt, amelynek hazai koordinátora Biró László Péter. A grafén mintákat Chanyong Hwang csoportjával (Korea Research Institute of Standards and Science) együttműködve állították elő, az elméleti szimulációk pedig Traian Dumitrica csoportjával (University of Minnesota) együttműködésben születtek.