Het ontrafelen van de randstructuur op atomaire schaal van grafeen-eilanden op nanoschaal

Het ontrafelen van de randstructuur op atomaire schaal van grafeen-eilanden op nanoschaal

Anonim

door Brookhaven National Laboratory

Image

Door middel van hoge resolutie scanning tunneling microscopie metingen en eerste principes Density Functional Theory gebaseerde berekeningen bleek een nieuwe randstructuur op atomaire schaal stabiel te zijn voor grafeen eilanden gegroeid op kobalt oppervlakken. Het laag gecoördineerde koolstofatoom aan de Klein-randstructuur wordt gestabiliseerd door interactie met het kobaltoppervlak. Dit is de eerste demonstratie, waarbij experiment en theorie worden gecombineerd, dat de interactie van de koolstofatomen met een metalen substraat de laag gecoördineerde koolstofrandatomen stabiliseert. In modellen voor de groei van grafeen op metalen substraten spelen dergelijke laag gecoördineerde atomen aan de groeiende rand een speciale rol. Deze resultaten, die dergelijke stabiliteit aantonen, zullen een belangrijke rol spelen bij de verdere ontwikkeling van deze modellen en zullen helpen toekomstige strategieën te begeleiden om grafeen nanostructuren te laten groeien met atomaire schaalcontrole van randstructuur.

Een toonaangevende methode voor het produceren van grafeen-nanostructuren met potentieel voor nieuwe elektronische apparaten omvat chemische reacties en groei van het één-atoom dikke grafeen op metalen oppervlakken. Laag gecoördineerde koolstofatomen aan de groeiende rand spelen een sleutelrol in toonaangevende modellen voor het groeimechanisme. Dit werk kan leiden tot verbeterde groei en de benodigde structuurcontrole op atomaire schaal.

  • CFN-mogelijkheden: CFN-theorie en berekeningsfaciliteit: Prezzi van het Nanoscience Institute in Modena (Italië) en bezoeker van Columbia, in samenwerking met Hybertsen van de CFN, hebben kwantummechanische simulaties van concurrerende randstructuren uitgevoerd, waaruit blijkt dat de zigzag en Klein-structuren met de het uiteindelijke koolstofatoom boven een holte in het kobaltoppervlak maximaliseert de interactie met het oppervlak, stabiliseert de laag gecoördineerde koolstofatomen aan de randen en verklaart experimentele waarnemingen.
  • De Flynn-, Nuckolls- en Heinz-groepen aan de Columbia University groeiden grafeeneilanden op het kobalt (0001) en maten de eigenschappen van deze eilanden met scanning tunneling microscopie, waarmee werd aangetoond dat de eilanden in het algemeen rechte, goed georiënteerde randen vertoonden. Hoge resolutie afbeeldingen onthullen de atomaire schaalverschillen tussen tegenovergestelde randen.