Nowe wyniki badań nad grafenem

Materiały dwuwymiarowe obiecują rewolucyjny postęp w elektronice i fotonice, ale wiele z najbardziej obiecujących kandydatów ulega degradacji w ciągu kilku sekund od wystawienia na działanie powietrza, co czyni je praktycznie nieodpowiednimi do badań lub integracji z praktycznymi technologiami. Dihalogenki metali przejściowych to bardzo atrakcyjna, ale wymagająca klasa materiałów; ich przewidywane właściwości dobrze nadają się do urządzeń nowej generacji, ale ich wyjątkowo wysoka reaktywność w powietrzu utrudnia nawet scharakteryzowanie ich podstawowej struktury.

Naukowcom z Narodowego Instytutu Grafenu na Uniwersytecie w Manchesterze udało się po raz pierwszy obrazować z rozdzielczością atomową jednowarstwowe dwujodki metali przejściowych, tworząc uszczelnione grafenem próbki TEM, które zapobiegają degradacji tych wysoce reaktywnych materiałów w kontakcie z powietrzem.

Badania te, opublikowane w ACS Nano, pokazują, że całkowicie zamknięte w grafenie kryształy utrzymują atomowo czyste interfejsy i wydłużają ich żywotność z sekund do miesięcy.

Możliwość ta wynika z udoskonalenia metody nieorganicznego transferu stempli opracowanej wcześniej i zgłoszonej przez zespół w *Nature Electronics*, która stanowi podstawę do produkcji stabilnych, zamkniętych próbek.

„Początkowo obsługa tych materiałów była prawie niemożliwa, ponieważ uległyby całkowitemu zniszczeniu w ciągu kilku sekund od wystawienia na działanie powietrza, co sprawiło, że tradycyjne metody przygotowania były po prostu bezużyteczne” – wyjaśnił dr Wendong Wang, który był zaangażowany w opracowywanie technologii przenoszenia i przygotowywanie odpowiednich próbek. "Nasza metoda chroni próbki bez zbędnych etapów przenoszenia. Umożliwia przygotowanie próbek, które można przechowywać nie tylko godzinami, ale także miesiącami i które można przenosić na arenie międzynarodowej pomiędzy różnymi instytucjami, eliminując główne wąskie gardło w dziedzinie badań materiałów dwuwymiarowych."

„Kiedy udało nam się przygotować stabilne próbki, mogliśmy dokonać kilku interesujących obserwacji na temat tych materiałów, w tym zidentyfikować rozległe lokalne zmiany strukturalne, dynamikę defektów atomowych i ewolucję struktury krawędzi w najcieńszych próbkach” – powiedział dr Gareth Teton, który kierował obrazowaniem i analizą transmisyjnego mikroskopu elektronowego na potrzeby tej pracy.

Zdjęcie: Uniwersytet w Manchesterze

"Struktura materiałów dwuwymiarowych jest ściśle powiązana z ich właściwościami. Dlatego też oczekuje się, że możliwość bezpośredniej obserwacji struktury różnych kryształów (od monowarstw po grubości objętościowe) i ich defektów dostarczy informacji do dalszych badań tych materiałów, uwalniając tym samym ich potencjał w dziedzinie technologicznej."

"Najbardziej ekscytuje mnie to, że te badania otwierają wcześniej niedostępne obszary nauki. Teoretycznie wiemy, że wiele aktywnych materiałów dwuwymiarowych ma znakomite wyniki w elektronice, optoelektronice i zastosowaniach kwantowych, ale nie byliśmy w stanie uzyskać stabilnych próbek w laboratorium, aby zweryfikować te przewidywania" - skomentował profesor Roman Gorbaczow z Narodowego Instytutu Grafenu, który kierował badaniami.