Onderzoeksteam realiseert 2D-beeldvorming met hoge resolutie voor grafeenapparaten onder hoge druk

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Zhang Zengming van de University of Science and Technology of China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) heeft stikstofvacaturecentra (NV) in diamant gecombineerd met een diamanten aambeeldcel (DAC) om niet-invasieve, tweedimensionale beelden met hoge resolutie te verkrijgen van de stroomdichtheid en drukgradiënt voor grafeenapparaten onder hoge druk.

De studie van het team wordt gepubliceerd in Nano-brieven.

Veel tweedimensionale materialen vertonen rijke elektronische eigenschappen onder hoge druk, zoals drukgeïnduceerde supergeleiding en topologische faseovergangen in gedraaide bilaag grafeen (tBLG). Traditionele weerstandsmetingen negeren echter cruciale ruimtelijke informatie zoals topologische randstromen, onzuiverheden en defecten, die een cruciale rol spelen in veel intrigerende fysieke verschijnselen.

Bestaande magnetische beeldvormingstechnieken, zoals supergeleidende kwantuminterferentie-apparaten (SQUID), worden beperkt door complexe experimentele omstandigheden en eindige ruimtelijke resolutie, waardoor ze moeilijk te implementeren zijn onder hoge druk. Daarom is er een dringende behoefte om experimentele apparaten te ontwikkelen die in staat zijn tot niet-invasieve, hoge-resolutie beeldvorming van stroomdichtheid in tweedimensionale apparaten onder hoge druk.

NV-centra in diamant zijn op grote schaal gebruikt om tweedimensionale stroomdichtheidsbeelden te verkrijgen onder omgevingsdruk vanwege hun hoge gevoeligheid en ruimtelijke resolutie. Bovendien maakt het combineren van NV-centra met DAC magnetische beeldvorming met hoge resolutie onder hoge druk mogelijk. Hierop voortbouwend combineerde het onderzoeksteam NV-centra met succes met DAC om niet-invasieve, hoge resolutie beeldvorming van tweedimensionale stroomdichtheid onder hoge druk te verkrijgen.

Bovendien reconstrueerden ze de tweedimensionale vectorstroomdichtheid met behulp van het vectormagneetveld dat in kaart werd gebracht door de NV-middenlaag nabij het oppervlak in de diamant. De stroomdichtheidsbeelden gaven nauwkeurig en duidelijk de complexe structuur van samengeperst grafeen onder hoge druk weer, zoals de vorming van scheuren en gaten, en de stroomstroom. De geëxtraheerde drukruimtelijke distributiekaart van het grafeenapparaat onder hoge druk biedt een redelijke verklaring voor de niet-uniformiteit van de stroomdichtheid, zoals variaties in contactweerstand en dikte.

Deze bevinding biedt een nieuwe mogelijkheid voor het onderzoeken van veranderingen in elektronisch transport en geleiding in tweedimensionale materialen en elektronische apparaten onder hoge druk, en voor niet-destructieve evaluatie van halfgeleidercircuits.