Lokale nanoskala elektriske målinger for grafen

Forskning fra National Physical Laboratory (NPL), Royal Holloway, University of London, og Linköpings Universitet, Sverige, har taget et vigtigt skridt hen imod standardisering af vigtige elektriske parametre for grafen såsom overfladepotentiale og arbejdsfunktion. Den begyndende grafenindustri kræver disse standardiserede målinger, så grafenens egenskaber forstås godt nok til, at det kan bruges i vid udstrækning i kommercielle elektroniske enheder.

Målinger af overfladepotentiale og arbejdsfunktioner kan bruges til at definere lokale (ned til nanoskalaen) elektriske egenskaber af enkeltlags- og dobbeltlagsgrafen. Dette er vigtigt, da mens nuværende fremstillingsteknikker kan producere ark af 95% enkeltlags grafen, selv små mængder tolagsgrafen i en prøve kan ændre de elektriske egenskaber og påvirke enheders ydeevne.

I øjeblikket, de numeriske værdier opnået ved almindeligt anvendte teknikker kan variere betydeligt og er ikke pålidelige nok til at foretage nøjagtige sammenligninger. Mens substrat og miljøforhold kan påvirke resultaterne, der er også specifikke instrumentelle problemer forårsaget af brugen af ​​forskellige målemetoder.

Denne nye forskning offentliggjort i Videnskabelige rapporter , tidsskriftet med åben adgang fra Nature Publishing Group, sammenligner nøjagtigheden og opløsningen af ​​tre almindeligt anvendte måleteknikker:frekvensmoduleret Kelvin probe kraftmikroskopi (FM-KPFM); amplitudemoduleret Kelvin probe kraftmikroskopi (AM-KPFM); og elektrostatisk kraftspektroskopi (EFS). Resultaterne viser, at frekvensmodulerede teknikker som FM-KPFM og EFS giver mere nøjagtige resultater af overfladepotentialet, samt højere rumlig opløsning, end almindeligt anvendte amplitudemoduleret KPFM.

Olga Kazakova, der ledede arbejdet hos NPL, sagde:

"Vi har vist, at der er betydelige forskelle i nøjagtigheden og opløsningen af ​​de mest almindeligt anvendte teknikker til at lave disse målinger. Det betyder, at et laboratorium, der anvender en frekvensmoduleret teknik, vil få andre værdier end et andet laboratorium, der anvender en amplitudemoduleret teknik. for eksempel. Dette gør det svært at have tillid til værdierne og definere grafenegenskaber."

Papiret præsenterer derefter en vej til standardisering af grafenmålinger foretaget under omgivende forhold, i stedet for i vakuum, da disse forhold er mere repræsentative for de miljøer, der findes i generelle forskningslaboratorier og industri. For eksempel, for de undersøgte enheder er de opnåede arbejdsfunktionsværdier 4,55±0,02 eV og 4,44±0,02 eV for enkeltlags- og dobbeltlagsgrafen, henholdsvis. Det skal bemærkes, at disse værdier ikke er absolutte og vil afhænge af en række iboende og ydre parametre. Imidlertid, den foreslåede metode giver mulighed for at tage højde for variable miljøforhold og dopingvariationer og giver det nøjagtige mål for grafenoverfladepotentialet, arbejdsfunktion og bærerkoncentration.

Resultaterne vil forbedre videnskabens og industriens evne til at udtrykke grafens egenskaber kvantitativt og med øget tillid. Den foreslåede standardiserede teknik kan også bruges til mange andre elektroniske materialer såsom halvledere og fotovoltaik, sikre en indvirkning ikke kun på grafenindustrien, men også i den bredere elektronikverden.

Artiklen har titlen "Standardisering af overfladepotentialemålinger af grafendomæner."