Uusia tutkimustuloksia grafeenista

Kaksiulotteiset materiaalit lupaavat vallankumouksellisia edistysaskeleita elektroniikassa ja fotoniikassa, mutta monet lupaavimmista ehdokkaista hajoavat muutamassa sekunnissa altistuessaan ilmalle, mikä tekee niistä käytännössä soveltumattomia tutkimukseen tai integrointiin käytännön teknologioihin. Siirtymämetallidihalogenidit ovat erittäin houkutteleva mutta haastava materiaaliluokka; Niiden ennustetut ominaisuudet sopivat hyvin seuraavan sukupolven laitteisiin, mutta niiden erittäin korkea reaktiivisuus ilmassa jopa estää niiden perusrakenteen karakterisoinnin.

Manchesterin yliopiston National Graphene Instituten tutkijat ovat nyt ensimmäistä kertaa saavuttaneet yksikerroksisten siirtymämetallidijodidien atomiresoluutiokuvauksen luomalla grafeenisuljettuja TEM-näytteitä, jotka estävät näitä erittäin reaktiivisia materiaaleja hajoamasta joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa.

Tämä ACS Nanossa julkaistu tutkimus osoittaa, että kiteiden täydellinen kapselointi grafeeniin säilyttää atomin puhtaat rajapinnat ja pidentää niiden käyttöikää sekunneista kuukausiin.

Tämä ominaisuus johtuu parannuksesta epäorgaaniseen leimansiirtomenetelmään, jonka *Nature Electronics* -tiimi on aiemmin kehittänyt ja raportoinut, mikä luo perustan stabiilien, suljettujen näytteiden tuottamiselle.

"Aluksi näiden materiaalien käsittely oli lähes mahdotonta, koska ne tuhoutuivat kokonaan muutamassa sekunnissa altistuessaan ilmalle, mikä teki perinteiset valmistusmenetelmät yksinkertaisesti käyttökelvottomiksi", selitti tohtori Wendong Wang, joka oli mukana kehittämässä siirtoteknologiaa ja valmistelemassa asiaankuuluvia näytteitä. "Menetelmämme suojaa näytteet ilman turhia siirtovaiheita. Sen avulla voidaan valmistaa näytteitä, jotka säilyvät tuntien, mutta myös kuukausien lisäksi kansainvälisesti eri instituutioiden välillä siirrettävissä, mikä ratkaisee suuren pullonkaulan kaksiulotteisen materiaalitutkimuksen alalla."

"Kun pystyimme valmistamaan stabiileja näytteitä, pystyimme tekemään mielenkiintoisia havaintoja näistä materiaaleista, mukaan lukien laajojen paikallisten rakenteellisten vaihteluiden tunnistaminen, atomivikojen dynamiikka ja reunarakenteen kehitys ohuimmissa näytteissä", sanoi tohtori Gareth Teton, joka johti tämän työn transmissioelektronimikroskooppikuvausta ja -analyysiä.

Kuva Manchesterin yliopistosta

"Kaksiulotteisten materiaalien rakenne liittyy läheisesti niiden ominaisuuksiin. Siksi eri kiteiden rakenteita (yksikerroksisista bulkkipaksuuksiin) ja niiden virhekäyttäytymisen suoraan havainnoinnin odotetaan tarjoavan tietoa näiden materiaalien jatkotutkimukselle, mikä vapauttaa niiden potentiaalin teknologisella alalla."

"Minua innostaa eniten, että tämä tutkimus avaa aiemmin saavuttamattomille tieteellisille alueille. Tiedämme teoriassa, että monilla aktiivisilla kaksiulotteisilla materiaaleilla on erinomainen suorituskyky elektroniikassa, optoelektroniikassa ja kvanttisovelluksissa, mutta emme ole onnistuneet saamaan laboratoriossa vakaita näytteitä näiden ennusteiden vahvistamiseksi", kommentoi Graphene-instituutin kansallista tutkimusinstituuttia johtanut professori Roman Gorbatšov.