برش گرافن با استفاده از میکروسکوپ الکترونی

محققان آلمانی روشی ارائه کردند که با استفاده از آن
می‌توان گرافن را برش زد بدون این که نقص ساختاری روی آن ایجاد شود. برای
این کار از میکروسکوپ الکترونی استفاده شده است.

یکی از دلایلی که
دانشمندان را متقاعد کرده تا روی ترکیباتی نظیر گرافن سرمایه‌گذاری کنند
این است که امکان مشاهده اتم به اتم آنها وجود دارد. مارک روملی رهبر تیم
تحقیقاتی در موسسه لایبنیز شهر درسدن در آلمان می‌گوید در تحقیقات انجام
شده روی گرافن، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) ابزار بسیار مفیدی است. یکی
از ویژگی‌های این ابزار آن است که پرتو الکترونی TEM می‌تواند با گرافن
برهمکنش دهد و موجب اصلاح ساختار آن شود. این موضوع ممکن است موجب ‌شود تا
اثراتی روی گرافن ایجاد شده که برای محققان جالب نیست و باید از آن پرهیز
کرد. البته گاهی هم برهمکنش پرتوالکترونی می‌تواند منجر به بروز ویژگی‌های
مفید و جالبی روی نمونه شود بنابراین بتوان از TEM برای نانومهندسی استفاده
کرد. با این توضیحات مشخص می‌شود که درک برهمکنش میان پرتو الکترونی و محیط
داخلی TEM با نمونه اهمیت زیادی دارد.

در پروژه‌ای که اخیرا روملی و
همکارانش از دانشگاه صنعتی درسدن و دانشگاه ووهان انجام داده‌اند، نشان
دادند که می‌توان با استفاده از TEM گرافن را برش داد بدون این که آسیبی به
ساختار آن وارد شود. نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان
“Programmable
Sub-nanometer Sculpting of Graphene with Electron Beams” در نشریه
ACS Nano به چاپ رسیده است. این گروه تحقیقاتی روشی ارائه کردند که با
استفاده از آن دیگر نیازی به استفاده از گرما و یا عملیات حرارتی نیست.

این گروه تحقیقاتی اطلاعاتی درباره نحوه برهمکنش الکترون و گرافن به‌دست
آوردند به‌خصوص در مورد الکترون‌هایی که انرژی پایینی دارند ( ۸۰ الکترون
ولت یا کمتر) این اطلاعات به آنها نشان داد که ولتاژ حد برای آسیب ندیدن
گرافن چقدر است. بنابراین با انتخاب ولتاژهای مناسب، می‌توان با دقت
نانومتری یک سطح را برش داد.

در مقاله‌ای که پیش از این توسط این گروه
تحت عنوان Amorphous Carbon under 80 kV Electron Irradiation: A Means to
Make or Break Graphene به چاپ رسیده بود آنها از تابش ۸۰ الکترون ولتی
برای برش کربن آمورف استفاده کرده‌ بودند. اما در این پروژه اخیر آنها برای
دستکاری گرافن از این روش استفاده کردند.

گرافن بر خلاف سیلیکون باندگپ
ندارد بنابراین ایجاد باند گپ اهمیت زیادی دارد. یکی از راه‌های ایجاد باند
گپ، برش گرافن و ایجاد نانوروبان می باشد. وجود نقص می‌تواند روی خواص
الکترونیکی این نانوروبان‌ها اثر منفی گذارد بنابراین محققان  در
جستجوی روشی  برای دستکاری گرافن با پرتو الکترونی بودند که نقصی روی
آن ایجاد نکند.