Een team van onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en de University of Maryland, College Park heeft een nieuwe techniek ontwikkeld om nauwkeurig te meten hoe tweedimensionale (2D) materialen uitzetten bij verhitting. Deze nieuwe techniek, de "nano-Raman thermo-elastische spectroscopie" genoemd, maakt gebruik van een combinatie van Raman-spectroscopie en laserverwarming om de thermische uitzettingscoëfficiënt van 2D-materialen met hoge precisie te meten.

Het nauwkeurig meten van de thermische uitzettingscoëfficiënt is essentieel voor het begrijpen van de mechanische en elektronische eigenschappen van 2D-materialen en voor het ontwerpen van apparaten op basis van deze materialen. 2D-materialen, die slechts een paar atomen dik zijn, hebben veel belangstelling getrokken vanwege hun unieke eigenschappen, zoals hoge sterkte, flexibiliteit en elektrische geleidbaarheid. De thermische uitzetting van 2D-materialen is echter een uitdaging om te meten vanwege hun kleine formaat en lage thermische geleidbaarheid.

De nieuwe nano-Raman thermo-elastische spectroscopietechniek pakt deze uitdagingen aan door een gefocusseerde laserstraal te gebruiken om een ​​klein gebied van het 2D-materiaal te verwarmen en de resulterende verschuiving in het Raman-spectrum te meten. De verschuiving in het Raman-spectrum houdt rechtstreeks verband met de thermische uitzetting van het materiaal. Deze techniek maakt het mogelijk om met hoge precisie de thermische uitzettingscoëfficiënt van 2D-materialen te meten, zelfs voor materialen die slechts enkele nanometers dik zijn.

De onderzoekers demonstreerden de nieuwe techniek door de thermische uitzettingscoëfficiënt te meten van enkellaags grafeen, een op koolstof gebaseerd 2D-materiaal. De gemeten thermische uitzettingscoëfficiënt van grafeen komt uitstekend overeen met theoretische voorspellingen en eerdere experimentele resultaten. Dit toont de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de nieuwe techniek aan.

De nano-Raman thermo-elastische spectroscopietechniek heeft het potentieel om te worden gebruikt voor een breed scala aan 2D-materialen, waaronder overgangsmetaaldichalcogeniden, hexagonaal boornitride en fosforeen. Deze techniek zal onderzoekers in staat stellen de thermische eigenschappen van 2D-materialen beter te begrijpen en apparaten te ontwerpen die deze eigenschappen gebruiken.