Eigenschappen van veel gelaagde materialen, inclusief op koper en ijzer gebaseerde supergeleiders, topologische isolatoren, grafiet en epitaxiaal grafeen, kan worden gemanipuleerd door de opname van verschillende atomaire en moleculaire soorten tussen de lagen via een proces dat intercalatie wordt genoemd.

Intercalatie omvat complexe diffusieprocessen langs en over de lagen; echter, de microscopische mechanismen en dynamiek van deze processen zijn niet goed begrepen. Met behulp van in-situ microscopie om het intercalatieproces van cesium (Cs) van grafeenmonolaag op het oppervlak van iridium (111) te volgen, ontdekten we een nieuw mechanisme voor intercalatie en insluiting van alkaliatomen onder epitaxiaal grafeen. We vinden dat de intercalatie wordt aangepast door de van der Waals-interactie, met de dynamiek die wordt bepaald door defecten die zijn verankerd in grafeenrimpels.

Er zijn veel potentieel bruikbare eigenschappen verbonden aan de intercalatie van epitaxiale grafeensystemen. Bijvoorbeeld, er werd aangetoond dat door nauwkeurige controle van de intercalatie-interface, lateraal goed gedefinieerde mesoscopische gebieden van n- en p-gedoteerde grafeen, dat wil zeggen, p–n grafeenjuncties, gevormd kan worden. Er werd ook aangetoond dat het mogelijk is om goed gedefinieerde ferromagnetische nano-eilanden te vormen onder grafeen. Daarom, het is uiterst belangrijk om in detail te begrijpen hoe de eigenschappen van chemisch gemodificeerd grafeen afhankelijk zijn van de chemische omgeving. Vanuit het oogpunt van chemische kinetiek, het in atomistisch detail begrijpen van de penetratie en diffusie van ionen onder grafeenplaten is van fundamenteel belang voor het ontwerp van nieuwe batterijen en supercondensatoren.

Wat zijn de bijzonderheden?

• CFN-mogelijkheden:CFN's Elmitec III PEEM/LEEM-eindstation op de NSLS-bundellijn U5UA werd gebruikt om adsorptie en intercalatie van cesium (Cs) op nanoschaal te karakteriseren.
• De diversiteit en gevoeligheid van de fysische en chemische eigenschappen van grafeen en andere gelaagde systemen, met betrekking tot intercalatie van ladingdonerende soorten, zijn direct gerelateerd aan prominente effecten, zoals supergeleiding in grafiet. Vanuit het oogpunt van chemische kinetiek, het in atomistisch detail begrijpen van de penetratie en diffusie van ionen onder grafeenplaten is van fundamenteel belang voor het ontwerp van nieuwe batterijen en supercondensatoren.