Wetenschappers van het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy hebben een nieuw proces ontdekt om metaal onder een enkele laag grafiet te omhullen, wat kan leiden tot nieuwe en beter gecontroleerde eigenschappen voor dit soort materialen.

Grafeen - tweedimensionaal grafiet - werd voor het eerst geproduceerd in 2004, en omdat elektronen snel langs het oppervlak bewegen, veelbelovend als een nuttig materiaal in toepassingen zo divers als kwantumcomputing, zonnepanelen, katalyse, en voelen. Om ervoor te zorgen dat grafeen dat potentieel kan waarmaken, fundamentele ontdekkingswetenschap bij Ames Laboratory werkt eraan om de assemblage ervan onder de knie te krijgen in combinatie met andere materialen - een lastige, delicate proces uitgevoerd in ultrahoogvacuüm laboratoriumomgevingen op atomaire schaal.

De onderzoekers kapselden dysprosium in, een magnetisch zeldzaam aardmetaal, door de bovenste laag bulkgrafiet te bombarderen met ionen om defecten op het oppervlak te creëren, gevolgd door afzetting van het metaal bij hoge temperatuur. Het resulteerde in "mesas" of eilanden van dysprosium onder een enkele laag grafeen. De formaties zijn aanzienlijk anders dan alles wat de tweedimensionale materiaalexperts van het laboratorium ooit hebben gezien.

"Het is bekend dat bepaalde metalen kunnen worden ingebed tussen bulkgrafietlagen, " zei onderzoeksassistent Ann Lii-Rosales. "Maar deze mesa's vormen zich alleen aan het bovenste grafietoppervlak, en ze zijn puur metaal samengesteld uit meerdere lagen, wat een primeur is. De gecombineerde eigenschappen van het metaal plus grafeen kunnen heel anders zijn dan andere, eerder geproduceerde materialen. Dat zijn we nu aan het onderzoeken."

De onderzoekers konden dezelfde mesa-achtige formaties ook bereiken met twee overgangsmetalen, ruthenium en koper.

"Dat suggereert dat we een zeer aanpasbaar recept hebben voor het produceren van dit soort oppervlaktemateriaal, wat de ontdekking ervan zeer opwindend maakt in termen van potentiële toepassingen, " zei Pat Thiel, een Ames Laboratory-wetenschapper en Distinguished Professor of Chemistry and Materials Science and Engineering aan de Iowa State University. "Als we het proces kunnen beheersen, zodat we opzettelijk de vorming van deze kleine metalen platen kunnen vormen, misschien kunnen we hun magnetische en elektronische eigenschappen benutten en beheersen."

Het onderzoek wordt verder besproken in het artikel "Defect-mediated, thermisch geactiveerde inkapseling van metalen aan het oppervlak van grafiet, " gepubliceerd in het tijdschrift Koolstof .