 Исследователи Университета Райса решили выяснить, что лежит в основе под выращиванием островов графена, в соответствии с их новым исследованием.
Ученые проанализировали образцы графена, выращенные в печи через химического осаждения из паровой фазы. Они обнаружили, что геометрическое отношение между графеном и подложкой, основным материалом, на котором углерод собирается атом за атомом, определяет, как возникают островные формы. Исследование показывает, как кристаллическое расположение атомов в подложках, обычно используемых в росте графене роста, таких как никель или медь, контролирует, как формируются острова.
Эксперименты, которые показывают удивительные электронные свойства графена, как правило, делаются на механически отслоившемся графене. Это ограничивает ученых в плане размера хлопьев, и также требует много материала и обходится дорого. Так что все пытается придумать лучший способ вырастить его из таких газов, таких как метан (источник атомов углерода), используя различные подложки металлов. Проблема в том, что полученные кристаллы различаются от подложки к подложке, даже если это графен.
Исследователи часто видели графеновые острова странной формы, выращенные методом химического осаждения, и удивлялись, почему. В целом, это очень удивительно, потому что в графене шесть сторон должны быть одинаковыми. Треугольники и другие формы, являются примерами нарушения симметрии; системы, которые бы в противном случае производят правильные формы, «разрывались» и производят меньше обычных видом.
Графен формируется в печи осаждения паров химических, когда атомы углерода, плавающие в горячем тумане, оседают на металлической подложке. Атомы упорядочиваются в характерные шестисторонние кольца, но по мере того, как остров растет, его общая вид может принимать различные формы, начиная от шестиугольников до более случайных структур, даже треугольников. Исследователи обнаружили сильную корреляцию между конечной формой острова и расположением атомов в открытой поверхности подложки, которая может быть треугольной, квадратной, прямоугольной или другой формы
Исследователи обнаружили, что отдельные атомы следуют дорожной карте, изложенную на подложке, как показано с помощью микроскопа изображение двух зерен медной подложке, что провести две различные формы графена, хотя условия для роста являются идентичными. На одного зерна, графеновые островки все почти идеально шестиугольники; с другой стороны, шестиугольные островки вытянуты и выровнены.
Пскольку края графена так важны для его электронных свойств, любой шаг на пути к пониманию его рост является важным. Форма графена зависит от того, как отдельные атомы попадают в равновесие, как они балансируют энергию между соседними атомами углерода и подложки.
Атомы в металлах образуют конкретную форму кристаллическую решетку, как например, решетку из чистой меди. Но отдельные зерна могут иметь различные поверхности в поликристаллическом материале, как медная фольга, часто используемая в качестве субстратов для роста графена.
Когда процесс роста длится, достаточно долго, острова сливаются в более крупные графеновые пленки. Там, где углеродные решетки не совпадают друг с другом, атомы стремятся к равновесию и формируют зерна, которые управляют электронными свойствами более крупного листа. Исследователи желают найти способы управления полупроводниковыми свойствами графена, контролируя границы.
Хорошее понимание этого процесса дает указания о том, как организовать взаимную ориентацию островов. Поэтому, когда они сливаются, можно создавать особые граница зерен с особенно интересными свойствами. Те же расчеты можно применить к росту других двумерных материалов, таких как гексагональный нитрид бора или дисульфид молибдена и его аналоги, также широко изученные за счет их потенциала для электроники.
|
