Nya forskningsrön om grafen

Tvådimensionella material lovar revolutionerande framsteg inom elektronik och fotonik, men många av de mest lovande kandidaterna bryts ner inom några sekunder efter exponering för luft, vilket gör dem praktiskt taget olämpliga för forskning eller integrering i praktisk teknik. Övergångsmetalldihalogenider är en mycket attraktiv men ändå utmanande klass av material; deras förutspådda egenskaper är väl lämpade för nästa generations enheter, men deras extremt höga reaktivitet i luft hindrar till och med karaktäriseringen av deras grundläggande struktur.

Forskare vid National Graphene Institute vid University of Manchester har nu för första gången åstadkommit atomupplösningsavbildning av monolager övergångsmetalldijodider genom att skapa grafenförseglade TEM-prover som förhindrar dessa mycket reaktiva material från att brytas ned vid kontakt med luft.

Denna forskning, publicerad i ACS Nano, visar att helt inkapslande kristaller i grafen bibehåller atomiskt rena gränssnitt och förlänger deras livslängd från sekunder till månader.

Denna förmåga härrör från en förbättring av den oorganiska stämpelöverföringsmetoden som tidigare utvecklats och rapporterats av teamet i *Nature Electronics*, som lägger grunden för att producera stabila, förseglade prover.

"Inledningsvis var hanteringen av dessa material nästan omöjlig eftersom de skulle förstöras helt inom några sekunder efter exponering för luft, vilket gör traditionella beredningsmetoder helt enkelt oanvändbara", förklarade Dr Wendong Wang, som var involverad i att utveckla överföringstekniken och förbereda de relevanta proverna. "Vår metod skyddar proverna utan onödiga överföringssteg. Den möjliggör framställning av prover som kan bevaras inte bara i timmar utan också i månader, och som kan överföras internationellt mellan olika institutioner, vilket löser en stor flaskhals inom området för tvådimensionell materialforskning."

"När vi väl kunde förbereda stabila prover kunde vi göra några intressanta observationer om dessa material, inklusive att identifiera omfattande lokala strukturella variationer, atomär defektdynamik och kantstrukturutveckling i de tunnaste proverna", säger Dr Gareth Teton, som ledde avbildning och analys av transmissionselektronmikroskopi för detta arbete.

Bild från University of Manchester

"Strukturen hos tvådimensionella material är nära relaterad till deras egenskaper. Att direkt kunna observera strukturerna hos olika kristaller (från monolager till bulktjocklekar) och deras defektbeteende förväntas ge information för vidare forskning om dessa material, och därigenom låsa upp deras potential inom det tekniska området."

"Det som gör mig mest upphetsad är att den här forskningen öppnar upp tidigare otillgängliga vetenskapliga områden. Vi vet teoretiskt att många aktiva tvådimensionella material har enastående prestanda inom elektronik, optoelektronik och kvanttillämpningar, men vi har inte kunnat erhålla stabila prover i laboratoriet för att verifiera dessa förutsägelser", kommenterade professor Roman Grapheneev vid National Grapheneev Institutet.