En ny model forudsiger sammenpresset nanokrystalform, når den er dækket under grafen

I et samarbejde mellem U.S. Department of Energy's Ames Laboratory og Northeastern University, forskere har udviklet en model til at forudsige formen af ​​metal nanokrystaller eller "øer", klemt mellem eller under todimensionelle (2-D) materialer såsom grafen. Fremskridtet flytter 2-D kvantematerialer et skridt tættere på applikationer inden for elektronik.

Ames Laboratory videnskabsmand er eksperter i 2-D materialer, og for nylig opdagede en første af sin slags kobber- og grafitkombination, fremstillet ved at afsætte kobber på ionbombarderet grafit ved høj temperatur og i et miljø med ultrahøjt vakuum. Dette producerede en fordeling af kobberøer, indlejret under et ultratyndt "tæppe" bestående af et par lag grafen.

"Fordi disse metaløer potentielt kan tjene som elektriske kontakter eller køleplader i elektroniske applikationer, deres form og hvordan de når den form er vigtige informationer til at kontrollere designet og syntesen af ​​disse materialer, " sagde Pat Thiel, en Ames Laboratory videnskabsmand og en fremtrædende professor i kemi og materialevidenskab og teknik ved Iowa State University.

Ames Laboratory-forskere brugte scanning-tunneling-mikroskopi til møjsommeligt at måle formerne på mere end hundrede nanometer-skala kobberøer. Dette gav det eksperimentelle grundlag for en teoretisk model udviklet i fællesskab af forskere ved Northeastern University's Department of Mechanical and Industrial Engineering og ved Ames Laboratory. Modellen tjente til at forklare dataene særdeles godt. Den ene undtagelse, vedrørende kobberøer, der er mindre end 10 nm høje, vil danne grundlag for videre forskning.

"Vi elsker at se vores fysik anvendt, og dette var en smuk måde at anvende det på, " sagde Scott E. Julien, Ph.D. kandidat, ved det nordøstlige. "Vi var i stand til at modellere den elastiske reaktion af grafen, når den drapererer over kobberøerne, og brug det til at forudsige øernes former."

Arbejdet viste, at det øverste lag af grafen modstår det opadgående tryk, som den voksende metalø udøver. Træde i kræft, grafenlaget klemmer sig nedad og udjævner kobberøerne. At tage højde for disse effekter såvel som andre nøgleenergier fører til den uventede forudsigelse af en universel, eller størrelse uafhængig, øernes form, i det mindste for tilstrækkeligt store øer af et givet metal.

"Dette princip bør også fungere med andre metaller og andre lagdelte materialer, " sagde forskningsassistent, Ann Lii-Rosales. "Eksperimentelt vil vi se, om vi kan bruge den samme opskrift til at syntetisere metaller under andre typer lagdelte materialer med forudsigelige resultater."

Forskningen diskuteres yderligere i papiret "Squeezed Nanocrystals:Equilibrium Configuration of Metal Clusters Embedded Beneath the Surface of a Layered Material, " offentliggjort i Nanoskala .

Forskningen var et samarbejde mellem Ames Laboratory og Northeastern University.