Verborgen transformaties onthullen in 2D -materialen met atomaire krachtmicroscopen

Onderzoekers van het Institute of Physics in Zagreb, Kroatië, in samenwerking met internationale partners, hebben nieuwe methoden tentoongesteld voor het visualiseren van veranderingen op atoomschaal in geavanceerde materialen.

Hoe detecteer je iets dat gebeurt in een materiaal dat slechts één atoom dik is zonder atomisch nauwkeurig gereedschap te gebruiken?

Dat is de uitdaging die een team van wetenschappers van het Institute of Physics in Zagreb, Kroatië wilde oplossen. En in een interessante wending slaagden ze erin geavanceerde atomaire krachtmicroscopie, op AFM gebaseerde methoden te gebruiken-een techniek die traditioneel als niet nauwkeurig genoeg wordt beschouwd voor deze taak.

Hun studie, gepubliceerd in The Journal of Physical Chemistry Letterslaat zien hoe op AFM gebaseerde methoden kunnen worden gebruikt om intercalatie te visualiseren-het proces van het invoegen van atomen tussen lagen-in ultradunne materialen zoals grafeen en molybdeendisulfide (MOS₂). Dit is een belangrijke bevinding om te begrijpen hoe de eigenschappen van 2D -materialen kunnen worden aangepast voor gebruik in alles, van flexibele elektronica tot kwantumtechnologieën.

“We hebben aangetoond dat je geen atomisch opgeloste technieken nodig hebt om fenomenen op atoomschaal te detecteren,” zei Dr. Iva Šrut Rakić, hoofdonderzoeker van het project. “Met de juiste aanpak kunnen zelfs tools zoals AFM je precies vertellen waar en hoe het materiaal verandert.”

Intercalatie is een krachtige manier om de elektronische, optische en mechanische eigenschappen van een materiaal te manipuleren. Maar tot nu toe is het detecteren van het detecteren op complexe en dure technieken zoals scanning -tunnelingmicroscopie of foto -emissie, die beperkt zijn in schaal, scope en bruikbaarheid.

De aanpak van het team maakt gebruik van AFM in verschillende geavanceerde modi – inclusief Kelvin -sonde -krachtmicroscopie en foto -geïnduceerde krachtmicroscopie. Deze methoden meten veranderingen in oppervlaktepotentiaal, stijfheid, hechting en zelfs optische respons om te identificeren waar zwavelatomen zijn geïntercaleerd onder de lagen van MOS₂ en grafeen.

Deze subtiele veranderingen, onzichtbaar voor het oog en nauwelijks detecteerbaar door traditionele AFM -topografie, kunnen nu duidelijk worden toegewezen. Nog indrukwekkender werd dit gedaan op monsters die werden blootgesteld aan lucht, niet afgesloten in ultrahoge vacuüm.

“Dit maakt onze methode veel toegankelijker en veelzijdig,” zei Karmen Kapustić, co-eerste auteur van de krant. “Het kan worden gebruikt op real-world materialen, niet alleen perfecte lab-gekweekte monsters.”

Naarmate de wereldwijde vraag groeit naar nanomaterialen van de volgende generatie die dunner, lichter en energiezuiniger zijn, wordt het vermogen om hun gedrag op atoomniveau te beheersen essentieel. Intercalatie is een van de meest veelbelovende manieren om dat te doen – maar alleen als we het betrouwbaar kunnen detecteren en begrijpen.

Dit onderzoek toont aan dat u geen ultra-gespecialiseerde tools nodig hebt om inzichten op atoomniveau te krijgen. Met zorgvuldige metingen en slimme analyse kunnen zelfs bredere technieken zoals AFM verborgen processen in 2D-materialen onthullen.

“We brengen inzicht op atoomschaal in de echte monsters van de echte wereld,” zei Cosme G. Ayani, co-auteur. “Dat is wat dit echt opwindend maakt.”