Команда физиков из Базельского университета, с помощью атомно-силовой микроскопии смогла получить четкие изображения отдельных примесных атомов в графеновых лентах.
Благодаря измерениям в двумерной решетке углерода графена, они впервые смогли идентифицировать атомы бора и азота, как сообщают исследователи в журнале Science Advances.
Графен состоит из двумерного слоя атомов углерода, расположенных в гексагональной решетке. Сильные связи между атомами углерода делают графен чрезвычайно стабильным, но гибким. Он также отличный электрический проводник, через который электричество может проходить практически без потерь.
Отличительные свойства графена могут быть расширены за счет включения примесных атомов в процесс, известный как «легирование». Примесные атомы вызывают локальные изменения проводимости, которые, например, позволяют использовать графен в качестве крошечного транзистора и позволяют строить схемы.
В сотрудничестве между учеными из Базельского университета и Национальным институтом материаловедения в Цукубе, в Японии, Университетом Канадзава и Университетом Квансей Гакуин в Японии, и Университетом Аалто в Финляндии, исследователи специально создали и исследовали графеновые ленты, содержащие примесные атомы.
Изображение: University of Basel, Department of Physics
Они заменяли отдельные атомы углерода в гексагональной решетке атомами бора и азота, используя химию поверхности, путем размещения подходящих органических соединений-предшественников на поверхности золота. При тепловом воздействии до 400°C на поверхности золота образуются крошечные ленты графена, содержащие примесные атомы на определенных участках.
Ученые во главе с профессором Эрнстом Мейером из Швейцарского института нанонауки и отдела физики Университета Базеля исследовали эти графеновые ленты с использованием атомно-силовой микроскопии (AFM, англ. — atomic force microscopy). Они использовали функционализованный наконечник монооксида углерода и измерили крошечные силы, действующие между наконечником и отдельными атомами.
Такой метод позволяет обнаруживать даже самые незначительные различия в силах. Рассматривая различные силы, исследователи смогли отобразить и идентифицировать различные атомы. «Силы, измеренные для атомов азота, больше, чем для атома углерода», — объясняет д-р Шигеки Каваи, ведущий автор исследования.
«Мы измерили наименьшие силы для атомов бора». Различные силы могут быть объяснены разной пропорцией сил отталкивания, которая обусловлена различными атомными радиусами.
Компьютерное моделирование подтвердило показания, доказав, что технология АСМ хорошо подходит для проведения химического анализа примесных атомов в перспективных двумерных углеродных соединениях.
Больше информации: «Multiple heteroatom substitution to graphene nanoribbon» Science Advances (2018). DOI: 10.1126/sciadv.aar7181 , http://advances.sciencemag.org/content/4/4/eaar7181