Nieuwe onderzoeksresultaten over grafeen

Tweedimensionale materialen beloven revolutionaire vooruitgang op het gebied van elektronica en fotonica, maar veel van de meest veelbelovende kandidaten worden binnen enkele seconden na blootstelling aan lucht afgebroken, waardoor ze vrijwel ongeschikt zijn voor onderzoek of integratie in praktische technologieën. Overgangsmetaaldihalogeniden zijn een zeer aantrekkelijke maar uitdagende materiaalklasse; hun voorspelde eigenschappen zijn zeer geschikt voor apparaten van de volgende generatie, maar hun extreem hoge reactiviteit in de lucht belemmert zelfs de karakterisering van hun fundamentele structuur.

Onderzoekers van het National Graphene Institute van de Universiteit van Manchester hebben nu voor het eerst een beeldvorming met atomaire resolutie van monolaag overgangsmetaal dijodiden bereikt door met grafeen afgedichte TEM-monsters te maken die voorkomen dat deze zeer reactieve materialen worden afgebroken bij contact met lucht.

Dit onderzoek, gepubliceerd in ACS Nano, toont aan dat het volledig inkapselen van kristallen in grafeen atomair schone grensvlakken handhaaft en hun levensduur verlengt van seconden tot maanden.

Deze mogelijkheid komt voort uit een verbetering van de anorganische stempeloverdrachtmethode die eerder werd ontwikkeld en gerapporteerd door het team van *Nature Electronics*, die de basis legt voor het produceren van stabiele, verzegelde monsters.

“Aanvankelijk was het hanteren van deze materialen vrijwel onmogelijk omdat ze binnen enkele seconden na blootstelling aan lucht volledig vernietigd zouden worden, waardoor traditionele bereidingsmethoden eenvoudigweg onbruikbaar zouden worden”, legt Dr. Wendong Wang uit, die betrokken was bij de ontwikkeling van de overdrachtstechnologie en het voorbereiden van de relevante monsters. "Onze methode beschermt de monsters zonder onnodige overdrachtsstappen. Het maakt de voorbereiding van monsters mogelijk die niet alleen uren maar ook maanden bewaard kunnen worden, en internationaal kunnen worden overgedragen tussen verschillende instellingen, waardoor een groot knelpunt op het gebied van tweedimensionaal materiaalonderzoek wordt opgelost."

"Toen we eenmaal in staat waren stabiele monsters te maken, konden we een aantal interessante observaties over deze materialen doen, waaronder het identificeren van uitgebreide lokale structurele variaties, de dynamiek van atomaire defecten en de evolutie van de randstructuur in de dunste monsters", aldus Dr. Gareth Teton, die leiding gaf aan de transmissie-elektronenmicroscopie-beeldvorming en -analyse voor dit werk.

Foto door de Universiteit van Manchester

"De structuur van tweedimensionale materialen hangt nauw samen met hun eigenschappen. Daarom wordt verwacht dat het direct kunnen observeren van de structuren van verschillende kristallen (van monolagen tot bulkdiktes) en hun defectgedrag informatie zal opleveren voor verder onderzoek naar deze materialen, waardoor hun potentieel op technologisch gebied wordt ontsloten."

"Wat mij het meest opwindt is dat dit onderzoek voorheen ontoegankelijke wetenschappelijke gebieden opent. We weten theoretisch dat veel actieve tweedimensionale materialen uitstekende prestaties leveren op het gebied van elektronica, opto-elektronica en kwantumtoepassingen, maar we zijn er niet in geslaagd stabiele monsters in het laboratorium te verkrijgen om deze voorspellingen te verifiëren", aldus professor Roman Gorbatsjov van het National Graphene Institute, die het onderzoek leidde.