(Phys.org)—Onderzoek naar de elektronische eigenschappen van het supermateriële grafeen zou ons een stap dichter kunnen brengen bij het uit het laboratorium halen van het te ontwikkelen voor gebruik in commerciële producten. Wetenschappers van de SuperSTEM-faciliteit van het Daresbury Laboratory van de UK Science and Technology Facilities Council hebben, Voor de eerste keer, in staat zijn geweest om veranderingen in de elektronische structuur van grafeen waar te nemen, omdat het bindingen zijn met een vreemd element dat er slechts één atoom tegelijk aan is toegevoegd. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift, Nano-letters .

Voor het eerst geïsoleerd in 2004 aan de Universiteit van Manchester, 'wondermateriaal' grafeen is het lichtste, sterkste en meest geleidende materiaal dat de mens kent, met een groot commercialiseringspotentieel vanwege zijn mechanische sterkte en ongeëvenaarde elektronische eigenschappen. Het is 200 keer sterker dan staal, maar slechts één atoom dik en dus tweedimensionaal, het is uiterst moeilijk te manipuleren om gebruik te maken van deze voordelen, of om het te binden met andere materialen om verkoopbare producten te ontwikkelen. Commercieel heeft het het potentieel om toepassingen te hebben die variëren van telecommunicatie tot energietechnologie en elektronica. Het is ook in staat om elektriciteit een miljoen keer beter te geleiden dan koper en is sterker dan andere bestaande geleiders.

Een belangrijk probleem dat moet worden aangepakt voordat grafeen op een commercieel product kan worden toegepast, is dat het een functie mist die een 'band gap' wordt genoemd, wat betekent dat, in praktijk, het zou bijna onmogelijk zijn om een ​​elektronische transistor op basis van puur grafeen 'uit te schakelen'. Een van de veelbelovende manieren om een ​​bandgap in grafeen te creëren en deze beperking te overwinnen, is door chemische modificatie, doping genoemd.

Echter, als een tweedimensionaal materiaal, grafeen is volledig aan de oppervlakte en wordt daarom volledig blootgesteld aan zijn omgeving en sterk beïnvloed door zijn omgeving. De kleinste structurele variaties kunnen enorme effecten hebben op de eigenschappen ervan.

Onder leiding van SuperSTEM-professor Quentin Ramasse, samen met onderzoekers van de universiteiten van Leeds en Manchester, het team heeft nu de kleinste variaties kunnen waarnemen die optreden wanneer een vel grafeen wordt gedoteerd met een enkel atoom silicium.

Professor Quentin Ramasse, Wetenschappelijk directeur bij SuperSTEM, zei:

"Wat we hier hebben laten zien, gaat niet over met welk specifiek atoom grafeen moet worden gedoteerd om zijn elektrische eigenschappen te benutten, maar dat we het vermogen hebben om te zien, tot in de kleinste details, precies hoe een enkel vreemd atoom in het grafeen integreert - of het naadloos in het grafeen past, of dat het het grafeenrooster met slechts 10 biljoenste van een meter vervormt, en belangrijker, hoe de vervormingen en de precieze bindingsopstelling de elektronische structuur van dat atoom en van zijn omgeving beïnvloeden. Dergelijke minieme veranderingen in de binding van deze elementen kunnen op hun beurt het macroscopische gedrag van de grafeenplaat aanzienlijk beïnvloeden, en in het bijzonder de elektrische respons, het is dus essentieel om de hechting van deze materialen vrij letterlijk te kunnen vastleggen, één atoom tegelijk. Dit zou de weg kunnen banen voor onderzoek om te identificeren welke atomen het meest geschikt zijn voor grafeen. Je zou kunnen zeggen dat dit het begin markeert van de experimentele fysische chemie op het niveau van een enkel atoom."

De precieze karakterisering van de binding van enkele atomen is essentieel voor de ontwikkeling van praktische toepassingen van tweedimensionale materialen, zoals grafeen. In december heeft de kanselier George Osborne, kondigde via de EPSRC £ 21,5 miljoen aan financiering aan voor de meest veelbelovende grafeengerelateerde onderzoeksprojecten aan Britse universiteiten, in plannen om de 'maakbaarheid' van grafeen te vergroten.