Forskere:Usædvanligt bred diffraktionsbaggrund markerer grafen af ​​høj kvalitet

At producere strukturelt perfekt grafen og andre 2-D-materialer er hemmeligheden bag at udnytte deres potentielle nye elektroniske og spintroniske egenskaber. Men hvordan ved vi, hvornår grafen, det mest udbredte 2-D materiale, er perfekt-et defektfrit og ensartet lag af atomer?

Forskere ved det amerikanske energiministeriums Ames -laboratorium har opdaget en indikator, der pålideligt viser en prøves høje kvalitet, og det var en, der gemte sig i almindeligt syn i årtier.

Forskerne undersøgte prøver af grafen ved hjælp af lavenergi elektrondiffraktion, en teknik, der almindeligvis bruges i fysik til at studere krystalstrukturen på overflader af faste materialer.

Hvad de fandt, fulgte ikke de accepterede regler for diffraktion.

"Opdagelsen er et paradoks, "sagde Michael Tringides, en seniorforsker ved Ames Laboratory, der undersøger de unikke egenskaber ved 2-D materialer og metaller dyrket på grafen, grafit, og andre carbonbelagte overflader. "Lærebogdiffraktion siger, at jo mere fejlfrit et materiale er, jo skarpere og klarere diffraktionspletter, og uperfekte materialer har lav intensitet, bredere diffraktionspletter. "

Men i tilfælde af meget ensartede prøver af grafen, diffraktionsstudierne viste ikke kun de forventede skarpe pletter, men også et meget bredt bånd af diffus diffraktion i baggrunden.

"Dette resultat er ikke intuitivt og meget mærkeligt, sagde Tringides, "men vi finder dette brede diffraktionsmønster at være en iboende egenskab ved grafen, og når du har det, du har meget god grafen. Dette er en god måde at kvantitativt måle dens strukturelle perfektion. "

Hvad mere er, dette mærkelige diffraktionsmønster var til stede og synligt i de sidste 25 år med grafenforskningspublikationer, og alligevel ignoreret. "Det var en stor, mærkbare fænomener, og reproducerbar, og vi indså, at det på en eller anden måde må være ekstremt vigtigt, sagde Tringides.

Selvom der er behov for mere teoretisk arbejde for fuldt ud at forklare de eksperimentelle fund, forskerne mener, at det brede diffraktionsfænomen er forårsaget af indeslutning af grafenelektroner i et enkelt lag af atomer. Ifølge kvantemekanikkens grundlæggende principper, fordi elektronpositionen normal for laget er præcist kendt, deres bølgevektor skal have en spredning, som overføres til de diffrakterede elektroner. Denne effekt er også signifikant for andre typer 2-D materialer. Med den fortsatte og voksende interesse for 2-D materialer til en række forskellige applikationer, forbedring af deres strukturelle kvalitet vil være nøglen til lovende nye teknologier, sagde Tringides.

"Dette arbejde giver et vigtigt skridt i retning af evnen til at optimere grafen og andre 2-D materialer præcist, og skræddersy deres egenskaber til specifikke applikationer, " han sagde.

Forskningen diskuteres yderligere i papiret, "Diffraktionsparadoks:En usædvanlig bred diffraktionsbaggrund markerer grafen af ​​høj kvalitet, "forfattet af S. Chen, M. Horn von Hoegen, P.A. Thiel, og M. C. Tringides; og udgivet i Fysisk gennemgang B .