Atomer bruger tunneler til at undslippe grafendækning

Grafen har haft et stort potentiale for praktiske anvendelser, siden det først blev isoleret i 2004. Men vi bruger det stadig ikke i vores store teknologi, fordi vi ikke har nogen mulighed for at producere grafen i industriel skala. Fysikere fra Leiden Universitet har nu for første gang visualiseret, hvordan atomer opfører sig mellem grafen og et substrat. Denne indsigt kan være medvirkende til fremtidige implementeringer af industriel grafenproduktion. Deres resultater er blevet offentliggjort i Materialer til fysisk gennemgang .

I 2004 videnskabsmænd isolerede et enkelt lag kulstofatomer fra en grafitblok. Grafenlag kunne muliggøre højhastighedstransistorer, billige elbiler og sarte sensorer. Spol frem til 2018, og grafen er der stadig få store grafenanvendelser. Problemet er, at forskerne ikke har fundet ud af en måde at producere grafen i høj kvalitet på det rigtige substrat i industriel skala.

Selvom forskere har en idé til storskalaproduktion:Opvarm siliciumcarbid til næsten 2, 000 grader C, og et grafenlag vokser på dens overflade. Imidlertid, forskere skal sikre sig, at grafenens ønskede egenskaber ikke forstyrres af underlaget. Indsættelse af hydrogenatomer mellem grafen og siliciumcarbid isolerer grafen og efterlader den intakt som et enkeltlagsmateriale. Fysiker Sense Jan van der Molen og hans forskningsgruppe ved Leiden Universitet har nu for første gang visualiseret, hvordan disse atomer opfører sig under grafenen.

Forskerne, herunder postdoc Johannes Jobst og ph.d.-kandidat Tobias de Jong, brugte deres lavenergielektronmikroskop (LEEM) til at studere, hvad der sker med brintatomer klemt mellem grafen og siliciumcarbid. De opdagede linjer, hvor grafenlaget er belastet. Brintatomerne bruger linjerne som tunneler, hvor de lettere kan undslippe, hvorimod de forbliver meget længere under grafenens glatte områder mellem disse linjer. "Den omvendte proces er meget brugt i forskning for at afkoble grafen fra substratet, " siger Jobst. "Men det var ikke klart, hvordan brinten bevæger sig ved grænsefladen. Vi kunne vise, at brintgas kan blæses ind i disse tunneler, så det vil sprede sig hurtigt under grafenlaget i form af individuelle atomer."