Het Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) heeft een hybride nanomicroscoop ontwikkeld die in staat is om tegelijkertijd verschillende eigenschappen van nanomaterialen te meten. Deze nanomicroscoop is essentieel voor het onderzoek naar de eigenschappen van nanocomposietmaterialen en is tevens geschikt voor commercialisering. Er wordt verwacht dat het de ontwikkeling van industrieën voor aanverwante materialen en apparatuur zal bevorderen.

De nieuw ontwikkelde microscoop is een hybride nanomicroscoop die de functies van atoomkrachtmicroscopie, foto-geïnduceerde krachtmicroscopie en elektrostatische krachtmicroscopie combineert. In plaats van lenzen te gebruiken, wordt gebruik gemaakt van een fijne functionele sonde om het monster af te tappen, waardoor gelijktijdige meting van de optische en elektrische eigenschappen en de vorm van nanomaterialen met één enkele scan mogelijk is.

Het dubbellaagse grafeen is een van de typische nanomaterialen die baat hebben bij het gebruik van de hybride nanomicroscoop. Het heeft een groot toepassingspotentieel vanwege zijn superieure mechanische sterkte, flexibiliteit en hoge thermische geleidbaarheid in vergelijking met monolaaggrafeen. Het dubbellaagse grafeen vertoont verschillende eigenschappen, waaronder supergeleiding, afhankelijk van de spanning die op elke laag wordt toegepast of de gedraaide hoek tussen twee lagen.

De KRISS Material Property Metrology Group heeft de principes van de unieke infraroodabsorptierespons opgehelderd die wordt waargenomen in dubbellaags grafeen met de hybride nanomicroscoop. De KRISS-onderzoekers bevestigden dat dit fenomeen wordt veroorzaakt door de ladingsonbalans tussen de twee lagen grafeen. Ze hebben ook experimenteel het vermogen aangetoond om de infraroodabsorptie te controleren door opzettelijk de ladingsonbalans te induceren en aan te passen.

Conventionele nanomicroscopen kunnen slechts één eigenschap van een materiaal tegelijk meten, waardoor het een uitdaging is om composieteigenschappen te meten en te analyseren. Hoewel er enkele gevallen waren waarbij tegelijkertijd twee eigendommen werden gemeten, was de commercialisering ervan nog steeds beperkend omdat er veel eisen werden gesteld aan de productie van de apparatuur.

De nieuwe door KRISS ontwikkelde nanomicroscoop kan eenvoudig worden toegepast in industriële omgevingen, omdat deze kan worden vervaardigd zonder significante veranderingen aan de structuur van de bestaande atoomkrachtmicroscoop. Het KRISS-onderzoeksteam is daarom de eerste die een hybride nanomicroscoop heeft ontwikkeld die op de markt kan worden gebracht.

Door de meeteigenschappen naast de optische en elektrische eigenschappen uit te breiden naar de magnetische eigenschappen, wordt het mogelijk om alle drie de eigenschappen tegelijkertijd op nanoschaal waar te nemen. Verwacht wordt dat dit het onderzoek naar de eigenschappen van verschillende nanocomposietmaterialen, waaronder kwantummaterialen, zal versnellen, wat zal bijdragen aan de ontwikkeling van nanomaterialen, onderdelen en apparatuur.

Een andere kracht van deze technologie is het vermogen om gelokaliseerde veranderingen in eigenschappen teweeg te brengen. Door de microscopische sonde te gebruiken om het monsteroppervlak te krassen en de hoeveelheid toegepaste elektronen aan te passen, is het mogelijk om tegelijkertijd de optische en elektrische eigenschappen van de component als een schakelaar te regelen. Dit kan handig zijn voor het ontwerpen van circuits en geavanceerde apparaten die samengestelde eigenschappen toepassen.

Dr. Eun Seong Lee, hoofdonderzoeker van de KRISS Material Property Metrology Group, zei:"Deze prestatie is het hoogtepunt van onze onderzoekservaring op het gebied van nanometingen sinds 2015. We hopen een leidende positie te verwerven in het onderzoek naar nieuwe materialen door het ontwikkelen van nano-meettechnologie voor composieteigenschappen."

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Light:Science &Applications .

Meer informatie: Junghoon Jahng et al, Karakterisering en controle van de infraroodfononafwijking van dubbellaags grafeen in optisch-elektrische krachtnoscopie, Licht:wetenschap en toepassingen (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01320-1

Geleverd door de Nationale Onderzoeksraad voor Wetenschap en Technologie