Νέα ερευνητικά ευρήματα για το γραφένιο

Τα δισδιάστατα υλικά υπόσχονται επαναστατικές εξελίξεις στην ηλεκτρονική και τη φωτονική, αλλά πολλά από τα πιο υποσχόμενα υποψήφια υποβαθμίζονται μέσα σε δευτερόλεπτα από την έκθεση στον αέρα, καθιστώντας τα ουσιαστικά ακατάλληλα για έρευνα ή ενσωμάτωση σε πρακτικές τεχνολογίες. Τα διαλογονίδια των μεταβατικών μετάλλων είναι μια εξαιρετικά ελκυστική αλλά και προκλητική κατηγορία υλικών. Οι προβλεπόμενες ιδιότητες τους είναι κατάλληλες για συσκευές επόμενης γενιάς, αλλά η εξαιρετικά υψηλή αντιδραστικότητα τους στον αέρα εμποδίζει ακόμη και τον χαρακτηρισμό της θεμελιώδους δομής τους.

Ερευνητές στο Εθνικό Ινστιτούτο Γραφενίου στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ πέτυχαν τώρα, για πρώτη φορά, απεικόνιση ατομικής ανάλυσης διιωδιδίων μετάλλων μετάπτωσης μονοστοιβάδας δημιουργώντας δείγματα TEM σφραγισμένα με γραφένιο που εμποδίζουν αυτά τα εξαιρετικά αντιδραστικά υλικά να αποικοδομηθούν κατά την επαφή με τον αέρα.

Αυτή η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο ACS Nano, καταδεικνύει ότι οι κρύσταλλοι που ενθυλακώνονται πλήρως μέσα στο γραφένιο διατηρεί ατομικά καθαρές τις διεπαφές και επεκτείνει τη διάρκεια ζωής τους από δευτερόλεπτα σε μήνες.

Αυτή η ικανότητα πηγάζει από τη βελτίωση της μεθόδου μεταφοράς ανόργανης σφραγίδας που αναπτύχθηκε προηγουμένως και αναφέρθηκε από την ομάδα στο *Nature Electronics*, η οποία θέτει τα θεμέλια για την παραγωγή σταθερών, σφραγισμένων δειγμάτων.

«Αρχικά, ο χειρισμός αυτών των υλικών ήταν σχεδόν αδύνατος γιατί θα καταστρέφονταν εντελώς μέσα σε δευτερόλεπτα από την έκθεση στον αέρα, καθιστώντας τις παραδοσιακές μεθόδους προετοιμασίας απλά άχρηστες», εξήγησε ο Δρ Wendong Wang, ο οποίος συμμετείχε στην ανάπτυξη της τεχνολογίας μεταφοράς και στην προετοιμασία των σχετικών δειγμάτων. "Η μέθοδός μας προστατεύει τα δείγματα χωρίς περιττά βήματα μεταφοράς. Επιτρέπει την προετοιμασία δειγμάτων που μπορούν να διατηρηθούν όχι μόνο για ώρες αλλά και για μήνες και μπορούν να μεταφερθούν διεθνώς μεταξύ διαφορετικών ιδρυμάτων, λύνοντας ένα σημαντικό πρόβλημα στον τομέα της έρευνας δισδιάστατων υλικών."

«Μόλις μπορέσαμε να προετοιμάσουμε σταθερά δείγματα, μπορέσαμε να κάνουμε μερικές ενδιαφέρουσες παρατηρήσεις σχετικά με αυτά τα υλικά, συμπεριλαμβανομένου του εντοπισμού εκτεταμένων τοπικών δομικών παραλλαγών, δυναμικής ατομικών ελαττωμάτων και εξέλιξης της δομής των άκρων στα λεπτότερα δείγματα», είπε ο Δρ Gareth Teton, ο οποίος ηγήθηκε της απεικόνισης και ανάλυσης με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης για αυτήν την εργασία.

Φωτογραφία από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ

"Η δομή των δισδιάστατων υλικών σχετίζεται στενά με τις ιδιότητές τους. Επομένως, η δυνατότητα άμεσης παρατήρησης των δομών διαφορετικών κρυστάλλων (από μονοστιβάδες έως χύμα πάχη) και η ελαττωματική τους συμπεριφορά αναμένεται να παρέχει πληροφορίες για περαιτέρω έρευνα σε αυτά τα υλικά, ξεκλειδώνοντας έτσι τις δυνατότητές τους στον τεχνολογικό τομέα."

"Αυτό που με ενθουσιάζει περισσότερο είναι ότι αυτή η έρευνα ανοίγει προηγουμένως απρόσιτες επιστημονικές περιοχές. Γνωρίζουμε θεωρητικά ότι πολλά ενεργά δισδιάστατα υλικά έχουν εξαιρετική απόδοση σε ηλεκτρονικά, οπτοηλεκτρονικά και κβαντικές εφαρμογές, αλλά δεν μπορέσαμε να λάβουμε σταθερά δείγματα στο εργαστήριο για να επαληθεύσουμε αυτές τις προβλέψεις", σχολίασε ο καθηγητής του Εθνικού Ινστιτούτου Graphene.