تصویربرداری از عناصر و ناخالصی‌ها در گرافن

پژوهشگران آزمایشگاه ملی اوک ریج با استفاده از میکروسکوپ الکترونی موفق به نمایش اتم‌های منفرد گرافن شدند. نتایج این تحقیق می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا از گرافن در حوزه‌های مختلف از موتورهای احتراق تا ادوات الکترونیکی استفاده کنند.

پژوهشگران آزمایشگاه ملی اوک ریج با استفاده از میکروسکوپ الکترونی موفق به
نمایش اتم‌های منفرد گرافن شدند. نتایج این تحقیق می‌تواند به دانشمندان
کمک کند تا از گرافن در حوزه‌های مختلف از موتورهای احتراق تا ادوات
الکترونیکی استفاده کنند.

بلورهای گرافن برای اولین بار در سال ۲۰۰۴ به‌دست آمد این ماده دو بعدی که
ضخامتی در حد یک اتم دارند از الماس سخت‌تر و از فولاد مستحکم‌تر است این
ویژگی‌ها موجب شده تا استحکام گرافن در حد بسیار بالایی باشد همچنین خواص
گرمایی و الکتریکی آن منحصر به فرد استد. با مشاهده اتم‌ها و پیکربندی
پیوندهای اتم‌های منفرد، دانشمندان می‌توانند راهی برای بهینه کردن این
ماده پیدا کنند تا از آن در حوزه‌های جدید استفاده نمایند.

filereader.php?p1=main_13264068d108c6901

در مقاله‌ای که پژوهشگران آزمایشگاه ملی اوک ریج با همکاری همتایان خود در
دانشگاه واندربیت در نشریه Physical Review Letters به چاپ رسانده‌اند، از
میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی انحراف اصلاح شده، برای مطالعه ساختارهای
اتمی و الکترونیکی ناخالصی‌های سیلیکون در گرافن استفاده کردند.

یوان کارلوس ایدروب از محققان آزمایشگاه ملی اوک ریج می‌گوید ما از
ابزارهای آزمایشگاهی و محاسباتی برای نشان دادن ویژگی‌های پیوندی ناخالصی‌ها
در گرافن استفاده کردیم. برای مثال ما می‌توانیم تفاوت میان پیوندهای
غیرکربنی را در ساختارهای دو بعدی و سه بعدی گرافنی تشخیص دهیم. در واقع ما
می‌توانیم پیکربندی پیوندها را به تصویر بکشیم، چیزی که در دهه ۱۹۳۰ پیش‌بینی
شده بود اما هیچ‌گاه مشاهده نشده بود. الکترون‌ها در اطراف اتم بر اساس
تقارن و سطح انرژی به دسته‌های مختلف تقسیم می‌شوند که به آنها اروبیتال‌های
S، P، f و d گفته می‌شود. ما دریافتیم که اگر سیلیکون در پیوندها به‌صورت
پیکربندی دو بعدی شرکت کرده باشد، از اربیتال d خود استفاده می‌کند. عناصر
مختلفی وجود دارند نظیر کرم، آهن و مس که الکترون‌های اوربیتال d آنها نقش
مهمی در تعیین پیوندها ایفا می‌کنند.

با مطالعه ساختار الکترونیکی و اتمی گرافن و تعیین ناخالصی‌های آن، محققان
می‌توانند پیش‌بینی بهتری از افزوده شدن عناصر و تاثیر آن در خواص و عملکرد
گرافن داشته باشند.

با تغییر اندکی در ساختار گرافن، این ماده می‌تواند بهبود یافته و در
حوزه‌های مختلف و جدید مورد استفاده قرار گیرد. برای مثال افزودن یک عنصر
می‌تواند خواص کاتالیستی گرافن را در خودروها بهبود داده و عنصر دیگری
می‌تواند عملکرد گرافن را در ادوات الکترونیکی بهتر کند.