Ny teknik måler nøjagtigt, hvordan 2D-materialer udvider sig, når de opvarmes

Et team af forskere fra National Institute of Standards and Technology (NIST) og University of Maryland, College Park har udviklet en ny teknik til nøjagtigt at måle, hvordan todimensionelle (2D) materialer udvider sig, når de opvarmes. Denne nye teknik, kaldet "nano-Raman termoelastisk spektroskopi," bruger en kombination af Raman-spektroskopi og laseropvarmning til at måle den termiske udvidelseskoefficient af 2D-materialer med høj præcision.

Den nøjagtige måling af den termiske udvidelseskoefficient er afgørende for at forstå de mekaniske og elektroniske egenskaber af 2D-materialer og for at designe enheder baseret på disse materialer. 2D-materialer, som kun er nogle få atomer tykke, har tiltrukket sig betydelig interesse på grund af deres unikke egenskaber, såsom høj styrke, fleksibilitet og elektrisk ledningsevne. Imidlertid er den termiske udvidelse af 2D-materialer udfordrende at måle på grund af deres lille størrelse og lave varmeledningsevne.

Den nye nano-Raman termoelastiske spektroskopi-teknik løser disse udfordringer ved at bruge en fokuseret laserstråle til at opvarme et lille område af 2D-materialet og måle det resulterende skift i Raman-spektret. Skiftet i Raman-spektret er direkte relateret til materialets termiske udvidelse. Denne teknik giver mulighed for nøjagtig måling af den termiske udvidelseskoefficient for 2D-materialer med høj præcision, selv for materialer, der kun er nogle få nanometer tykke.

Forskerne demonstrerede den nye teknik ved at måle den termiske udvidelseskoefficient for enkeltlagsgrafen, som er et kulstofbaseret 2D-materiale. Den målte termiske udvidelseskoefficient for grafen er i fremragende overensstemmelse med teoretiske forudsigelser og tidligere eksperimentelle resultater. Dette demonstrerer nøjagtigheden og pålideligheden af ​​den nye teknik.

Den nano-Raman termoelastiske spektroskopi-teknik har potentiale til at blive brugt til en bred vifte af 2D-materialer, herunder overgangsmetal dichalcogenider, hexagonal bornitrid og phosphoren. Denne teknik vil gøre det muligt for forskere bedre at forstå de termiske egenskaber af 2D-materialer og designe enheder, der udnytter disse egenskaber.