Ny test afslører renheden af ​​grafen:Terahertz-bølger bruges til at spotte forurenende stoffer

Grafen kan være hårdt, men de, der håndterer det, må hellere være ømme. Miljøet omkring det atomtykke kulstofmateriale kan påvirke dets elektroniske ydeevne, ifølge forskere ved Rice og Osaka universiteter, der har fundet på en enkel måde at spotte forurenende stoffer.

Fordi det er så nemt ved et uheld at indføre urenheder i grafen, laboratorier ledet af fysikerne Junichiro Kono fra Rice og Masayoshi Tonouchi fra Osakas Institute of Laser Engineering opdagede en måde at detektere og identificere malplacerede molekyler på overfladen gennem terahertz-spektroskopi.

De forventer, at resultatet er vigtigt for producenter, der overvejer brugen af ​​grafen i elektroniske enheder.

Forskningen blev offentliggjort i denne uge af Natures online-tidsskrift med åben adgang Videnskabelige rapporter . Det blev gjort muligt af det ris-baserede NanoJapan-program, hvorigennem amerikanske bachelorer udfører sommerforskningspraktik i japanske laboratorier.

Selv et enkelt molekyle af et fremmed stof kan forurene grafen nok til at påvirke dets elektriske og optiske egenskaber, sagde Kono. Desværre (og måske ironisk nok), der inkluderer elektriske kontakter.

"Traditionelt for at måle ledningsevne i et materiale, man skal tilslutte kontakter og derefter foretage elektriske målinger, " sagde Kono, hvis laboratorium er specialiseret i terahertz-forskning. "Men vores metode er kontaktløs."

Det er muligt, fordi forbindelsen indiumphosphid udsender terahertz-bølger, når den ophidses. Forskerne brugte det som et substrat for grafen. At ramme det kombinerede materiale med femtosekund-impulser fra en nær-infrarød laser fik indiumphosphidet til at udsende terahertz tilbage gennem grafenet. Ufuldkommenheder så små som et omstrejfende iltmolekyle på grafenet blev opfanget af et spektrometer.

"Ændringen i terahertz-signalet på grund af adsorption af molekyler er bemærkelsesværdig, " sagde Kono. "Ikke kun intensiteten, men også bølgeformen af ​​udsendt terahertz-stråling ændrer sig totalt og dynamisk som reaktion på molekylær adsorption og desorption. Det næste skridt er at udforske den ultimative følsomhed af denne unikke teknik til gassensing."

Teknikken kan måle både placeringen af ​​forurenende molekyler og ændringer over tid. "Laseren fjerner gradvist iltmolekyler fra grafen, ændre dens tæthed, og det kan vi se, " sagde Kono.

Eksperimentet involverede dyrkning af uberørt grafen via kemisk dampaflejring og overførsel af det til et indiumphosphidsubstrat. Laserimpulser genererede sammenhængende udbrud af terahertz-stråling gennem et indbygget elektrisk overfladefelt af indiumphosphidsubstratet, der ændrede sig på grund af ladningsoverførsel mellem grafen og de forurenende molekyler. terahertz-bølgen, når visualiseret, afspejlede ændringen.

De eksperimentelle resultater er en advarsel til elektronikproducenter. "For enhver fremtidig enhedsdesign, der bruger grafen, vi skal tage hensyn til omgivelsernes indflydelse, " sagde Kono. Grafen i et vakuum eller klemt mellem ikke-forurenende lag ville sandsynligvis være stabilt, men udsættelse for luft ville forurene det, han sagde.

Rice og Osaka laboratorierne fortsætter med at samarbejde om et projekt for at måle terahertz ledningsevnen af ​​grafen på forskellige substrater, han sagde.