Elektron snigskytte mål grafen

På grund af dets spændende egenskaber kan grafen være det ideelle materiale til at bygge nye slags elektroniske enheder såsom sensorer, skærme, eller endda kvantecomputere.

En af nøglerne til at udnytte grafens potentiale er at være i stand til at skabe atomare skala defekter - hvor kulstofatomer i sin flade, honeycomb-lignende struktur er omarrangeret eller 'slået ud' – da disse påvirker dens elektriske, kemisk, magnetiske, og mekaniske egenskaber.

Et hold ledet af Oxford University-forskere rapporterer i Naturkommunikation en ny tilgang til en ny tilgang til at konstruere grafens atomstruktur med hidtil uset præcision.

'Nuværende tilgange til at producere defekter i grafen er enten som et 'haglgevær', hvor hele prøven sprøjtes med højenergiioner eller elektroner for at forårsage udbredte defekter, eller en kemitilgang, hvor mange områder af grafenet reageres kemisk, sagde Jamie Warner fra Oxford University's Department of Materials, et medlem af teamet.

'Begge metoder mangler enhver form for kontrol med hensyn til rumlig præcision og også defekttypen, men til dato er de eneste rapporterede metoder kendt til at skabe defekter.'

Den nye metode erstatter 'haglgeværet' med noget mere som en snigskytteriffel:en minutiøst kontrolleret stråle af elektroner affyret fra et elektronmikroskop.

'Hadlgeværtilgangen er begrænset til mikronskalapræcision, hvilket er omtrent et areal på 10, 000, 000 kvadrat nanometer, vi demonstrerede en præcision inden for 100 kvadratnanometer, hvilket er omkring fire størrelsesordener bedre, ' forklarer Alex Robertson fra Oxford University's Department of Materials, et andet medlem af holdet.

Alligevel handler det ikke kun om nøjagtigheden af ​​et enkelt 'skud'; forskerne viser også, at ved at kontrollere, hvor lang tid grafen udsættes for deres fokuserede elektronstråle, kan de kontrollere størrelsen og typen af ​​defekt, der skabes.

"Vores undersøgelse afslører for første gang, at kun nogle få typer defekter faktisk er stabile i grafen, med adskillige defekter, der slukkes af overfladeatomer eller slapper tilbage til uberørt ved bindingsrotationer, Jamie fortæller mig.

Evnen til at skabe den helt rigtige form for stabile defekter i grafens krystalstruktur vil være afgørende, hvis dets egenskaber skal udnyttes til applikationer som mobiltelefoner og fleksible skærme.

'Defektsteder i grafen er meget mere kemisk reaktive, så vi kan bruge defekter som et sted for kemisk funktionalisering af grafen. Så vi kan vedhæfte visse molekyler, såsom biomolekyler, til grafen for at fungere som en sensor, ', fortæller Alex.

'Defekter i grafen kan også give anledning til lokaliseret elektronspin, en egenskab, der har vigtig fremtidig brug i kvante-nanoteknologi og kvantecomputere.'

I øjeblikket er det stadig et stykke vej at skalere holdets teknik op til en fremstillingsproces for at skabe grafenbaserede teknologier. I øjeblikket er elektronmikroskoper de eneste systemer, der kan opnå den nødvendige udsøgte kontrol af en elektronstråle.

Men, Alex siger, det er altid muligt, at der i fremtiden kan udvikles en skalerbar elektronstrålelitografi-teknik, som kan tillade defektmønstre i grafen.

Og det er værd at huske på, at det ikke er så længe siden, at den nødvendige teknologi til at ætse millioner af transistorer på en lille skive silicium virkede som en umulig drøm.