Grafeen bestaat uit koolstofatomen die in een vlak verknopen tot een platte honingraatstructuur. Naast een verrassend hoge mechanische stabiliteit heeft het materiaal opwindende elektronische eigenschappen. De elektronen gedragen zich als massaloze deeltjes, wat duidelijk kan worden aangetoond in spectrometrische experimenten. Metingen onthullen een lineaire afhankelijkheid van energie op momentum, namelijk de zogenaamde Dirac-kegels - twee lijnen die elkaar zonder bandgap kruisen - een energieverschil tussen elektronen in de geleidingsband en die in de valentiebanden.

Varianten in grafeenarchitectuur

Kunstmatige varianten van grafeenarchitectuur zijn momenteel een hot topic in materiaalonderzoek. In plaats van koolstofatomen zijn er kwantumdots van silicium geplaatst, zijn ultrakoude atomen gevangen in het honingraatrooster met sterke laservelden, of zijn koolmonoxidemoleculen stuk voor stuk op een koperen oppervlak geduwd met een scanning tunneling microscoop, waar ze zouden de karakteristieke eigenschappen van grafeen kunnen geven aan de elektronen van het koper.

Kunstmatig grafeen met buckyballs?

Een recente studie suggereerde dat het oneindig veel gemakkelijker is om kunstmatig grafeen te maken met C₆₀ moleculen die buckyballs worden genoemd. Slechts een uniforme laag hiervan hoeft op goud te worden opgedampt om de goudelektronen de speciale grafeeneigenschappen te laten aannemen. Metingen van foto-emissiespectra bleken een soort Dirac-kegel te tonen.

Analyse van bandstructuren bij BESSY II

"Dat zou echt heel verbazingwekkend zijn", zegt Dr. Andrei Varykhalov van HZB, die aan het hoofd staat van een groep voor foto-emissie en scanning tunneling microscopie. "Omdat de C₆₀ molecuul absoluut niet-polair is, konden we ons moeilijk voorstellen hoe zulke moleculen een sterke invloed zouden uitoefenen op de elektronen in het goud." Dus lanceerden Varykhalov en zijn team een ​​reeks metingen om deze hypothese te testen.

In lastige en gedetailleerde analyses kon het Berlijnse team C₆₀ . bestuderen lagen op goud over een veel groter energiebereik en voor verschillende meetparameters. Ze gebruikten hoek-opgeloste ARPES-spectroscopie bij BESSY II, wat bijzonder nauwkeurige metingen mogelijk maakt, en analyseerden ook elektronenspin voor sommige metingen.

Normaal gedrag

"We zien een parabolische relatie tussen momentum en energie in onze gemeten gegevens, dus het is een heel normaal gedrag. Deze signalen komen van de elektronen diep in het substraat (goud of koper) en niet van de laag, die kan worden beïnvloed door de buckyballs, " legt Dr. Maxim Krivenkov, hoofdauteur van de studie, uit. Het team was ook in staat om de lineaire meetcurves uit het vorige onderzoek te verklaren. "Deze meetcurves bootsen alleen de Dirac-kegels na; ze zijn om zo te zeggen een artefact van een afbuiging van de foto-elektronen wanneer ze het goud verlaten en door de C₆₀ gaan laag", legt Varykhalov uit. Daarom kan de buckyball-laag op goud niet worden beschouwd als een kunstmatig grafeen.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nanoschaal . + Verder verkennen

Grafeen op weg naar supergeleiding