Metode til lagdeling af metaller med 2-D-materialet kan føre til helt nye egenskaber

Forskere ved U.S. Department of Energy's Ames Laboratory har opdaget en ny proces til at beklæde metal under et enkelt lag grafit, hvilket kan føre til nye og bedre kontrollerede egenskaber for disse typer materialer.

Grafen - todimensionel grafit - blev først produceret i 2004, og fordi elektroner bevæger sig hurtigt langs dens overflade, lover meget som et nyttigt materiale i så forskellige applikationer som kvantecomputere, solceller, katalyse, og sansning. For at grafen kan leve op til dette potentiale, fundamental opdagelsesvidenskab ved Ames Laboratory arbejder på at mestre sin samling i kombination med andre materialer - en vanskelig, delikat proces udført i laboratoriemiljøer med ultrahøjt vakuum på atomare skala.

Forskerne indkapslede dysprosium, et magnetisk sjældne jordarters metal, ved at bombardere det øverste lag af bulkgrafit med ioner for at skabe defekter på dets overflade, efterfulgt af højtemperaturaflejring af metallet. Det resulterede i "mesas" eller øer af dysprosium under et enkelt lag grafen. Formationerne er væsentligt anderledes end noget, laboratoriets todimensionelle materialeeksperter nogensinde har set.

"Det er velkendt, at visse metaller kan indlejres mellem bulkgrafitlag, " sagde forskningsassistent Ann Lii-Rosales. "Men disse mesas dannes kun på den øverste grafitoverflade, og de er rent metal sammensat af flerlag, hvilket er det første. De kombinerede egenskaber af metallet plus grafen kan være meget anderledes end andre, tidligere fremstillede materialer. Det er noget, vi undersøger nu."

Forskerne var også i stand til at opnå de samme mesa-lignende formationer med to overgangsmetaller, ruthenium og kobber.

"Det tyder på, at vi har en meget tilpasningsdygtig opskrift på at producere denne slags overflademateriale, hvilket gør dens opdagelse meget spændende med hensyn til potentielle anvendelser, " sagde Pat Thiel, en Ames Laboratory videnskabsmand og en fremtrædende professor i kemi og materialevidenskab og teknik ved Iowa State University. "Hvis vi kan kontrollere processen, så vi bevidst kan mønstre dannelsen af ​​disse små metalplader, måske kan vi udnytte og kontrollere deres magnetiske og elektroniske egenskaber."

Forskningen er yderligere diskuteret i papiret "Defekt-medieret, termisk aktiveret indkapsling af metaller på overfladen af ​​grafit, " offentliggjort i tidsskriftet Kulstof .