Как атомы вибрируют в графеновых наноструктурах?

Для того, чтобы понять современные материалы вроде графена наноструктуры и оптимизировать их для устройств, работающих в нано-, опто — и квантовой технологии, очень важно понимать, как фононы — колебания атомов в твердых телах — влияние свойствах материалов. Исследователи из Университета Вены и Института науки и технологии в Японии, компании JEOL и Университета Ла Сапиенца в Риме разработали метод, способный измерять все фононов существующие в наноструктурированного материала. Это прорыв в анализе наноразмерных функциональных материалов и устройств. С этого пилотного эксперимента с использованием графеновых наноструктур эти исследователи доказали уникальность их подхода, который будет опубликован в последнем номере журнала Природа.

Важно термических, механических, оптико-электронных и транспортных характеристик материалов подчиняются фононы: созданием атомной колебательной волны. Это значит, имеются основания полагать, что определение таких длительных колебаний атомов имеет ключевое значение для оптимизации наноэлектронных устройств. Текущие доступные методы используются оптические методы, а также неупругого электрон-, рентгено- и нейтронографии. Несмотря на свою научную значимость в последнее десятилетие, ни один из этих методов не удалось определить все фононов автономных монослоя двух мерное (2D) материалы, такие как графен и их местных вариаций в наноленте графена, которые в свою очередь используются в качестве активных элементов нано — и оптоэлектроники.

Новые пределы nanospectroscopy

Международной исследовательской группой ведущих экспертов в электронной спектроскопии под руководством Томаса Пихлер в Венском университете, теоретической спектроскопии под руководством Франческо Маури в Университете Ла Сапиенца в Риме и электронной микроскопии, возглавляемой Казу Suenaga на аист Цукуба в Японии совместно с японской фирмы JEOL представили оригинальный способ его применения графеновых наноструктур в качестве модели: «высокоразрешающая электронная спектроскопия внутри электронного микроскопа с достаточной чувствительностью для измерения даже атомного монослоя.» Таким образом, они смогли впервые определить всех колебательных мод отдельно стоящих графеновых а также расширение различных колебательных режимов в наноленте графена. Этот новый метод, который они назвали «большой вопрос сопоставления» открывает совершенно новые возможности для определения пространственных и расширение импульса фононов в наноструктурированных а также двумерный современных материалов. Эти эксперименты расширить границы nanospectroscopy приближается к пределам принцип неопределенности Heisenbergs и демонстрирует новые возможности по изучению местных режимов вибрации в нанометровом масштабе вплоть до отдельных монослоев.

Новый электрон nanospectrometer как «столешница» синхрофазотрон

«Прямое экспериментальное доказательство полного пространственного и обороты решен картирование локальной вибрации всех материалов, включая даже монослоя 2D материалы и нанолент позволит нам в полной мере расхлебывать различные режимы вибрации и их динамику передает в неидеальной структуры, такие как ребра или дефекты, которые являются чрезвычайно важными для понимания и оптимизации локальных свойств материала», — объясняет один из ведущих авторов, Риосуке Сенга.

Это исследование «высокий Q-отображение колебания» в электронный микроскоп открывает новый путь nanospectroscopy всех материалов, комбинируя пространственные и обороты решен измерений. Это было самой большой проблемой в отношении сочетания микроскопии и спектроскопии с пространственным и резолюций обороты компенсируются за счет ограничения принципа неопределенности Heisenbergs. «Мы считаем, что наша методика будет стимулировать обширные исследования в материаловедении и будет толкать высокоразрешающей электронной спектроскопии в электронной микроскопии на следующий уровень, рассматривается как истинный настольный синхротрон», — говорит Томас Пихлер из Венского университета.