Optrævling af atomskala kantstruktur af grafenøer i nanoskala

Gennem høj opløsning scanning tunneling mikroskopi målinger og første principper Density Functional Theory baserede beregninger, en ny kantstruktur i atomskala viste sig at være stabil for grafenøer dyrket på koboltoverflader. Det lavkoordinerede kulstofatom ved Klein-kantstrukturen stabiliseres ved interaktion med koboltoverfladen. Dette er den første demonstration, kombinerer eksperiment og teori, at kulstofatomernes interaktion med et metalsubstrat stabiliserer de lavkoordinerede kulstofkantatomer. I modeller for vækst af grafen på metalsubstrater, sådanne lavkoordinerede atomer ved den voksende kant spiller en særlig rolle. Disse resultater, som udviser en sådan stabilitet, vil spille en væsentlig rolle i den videre udvikling af disse modeller og vil hjælpe med at guide fremtidige strategier til at dyrke grafen nanostrukturer med atomisk skalakontrol af kantstruktur.

En førende metode til at producere grafen nanostrukturer med potentiale for nye elektroniske enheder involverer kemiske reaktioner og vækst af den et-atom tykke grafen på metaloverflader. Lavt koordinerede kulstofatomer ved vækstkanten spiller en nøglerolle i førende modeller for vækstmekanismen. Dette arbejde kan føre til forbedret vækst og den nødvendige kontrol af strukturen på atomare skala.

• CFN-kapaciteter:CFN-teori og beregningsfacilitet:Prezzi fra Nanoscience Institute i Modena (Italien) og besøgende i Columbia, i samarbejde med Hybertsen fra CFN, udførte kvantemekaniske simuleringer af konkurrerende kantstrukturer, viser, at zigzag- og Klein-strukturerne med det endelige carbonatom over en hulning i koboltoverfladen maksimerer interaktion med overfladen, stabilisering af de lavkoordinerede kulstofatomer ved kanterne og forklaring af eksperimentelle observationer.
• Flynn, Nuckolls og Heinz grupper ved Columbia University dyrkede grafenøer på kobolten (0001) og målte egenskaberne af disse øer ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi, demonstrerer, at øerne generelt udstillede lige, velorienterede kanter. Billeder i høj opløsning afslører atomare skalaforskelle mellem modsatte kanter.