Neue Forschungsergebnisse zu Graphen

Zweidimensionale Materialien versprechen revolutionäre Fortschritte in der Elektronik und Photonik, doch viele der vielversprechendsten Kandidaten zerfallen innerhalb von Sekunden, wenn sie der Luft ausgesetzt werden, sodass sie für die Forschung oder die Integration in praktische Technologien praktisch ungeeignet sind. Übergangsmetalldihalogenide sind eine äußerst attraktive und zugleich anspruchsvolle Materialklasse; Ihre vorhergesagten Eigenschaften eignen sich gut für Geräte der nächsten Generation, aber ihre extrem hohe Reaktivität in Luft erschwert sogar die Charakterisierung ihrer Grundstruktur.

Forschern am National Graphene Institute der Universität Manchester ist es nun erstmals gelungen, einschichtige Übergangsmetalldiiodide in atomarer Auflösung abzubilden, indem sie mit Graphen versiegelte TEM-Proben erstellt haben, die verhindern, dass sich diese hochreaktiven Materialien bei Kontakt mit Luft zersetzen.

Diese in ACS Nano veröffentlichte Studie zeigt, dass die vollständige Einkapselung von Kristallen in Graphen atomar saubere Grenzflächen aufrechterhält und ihre Lebensdauer von Sekunden auf Monate verlängert.

Diese Fähigkeit beruht auf einer Verbesserung der zuvor vom Team in *Nature Electronics* entwickelten und berichteten anorganischen Stempelübertragungsmethode, die den Grundstein für die Herstellung stabiler, versiegelter Proben legt.

„Anfangs war der Umgang mit diesen Materialien nahezu unmöglich, da sie innerhalb von Sekunden nach dem Kontakt mit der Luft vollständig zerstört würden, was herkömmliche Aufbereitungsmethoden einfach unbrauchbar machte“, erklärt Dr. Wendong Wang, der an der Entwicklung der Transfertechnologie und der Vorbereitung der entsprechenden Proben beteiligt war. „Unsere Methode schützt die Proben ohne unnötige Transferschritte. Sie ermöglicht die Vorbereitung von Proben, die nicht nur stunden-, sondern auch monatelang konserviert und international zwischen verschiedenen Institutionen transferiert werden können, wodurch ein großer Engpass im Bereich der zweidimensionalen Materialforschung gelöst wird.“

„Nachdem wir in der Lage waren, stabile Proben vorzubereiten, konnten wir einige interessante Beobachtungen über diese Materialien machen, einschließlich der Identifizierung umfangreicher lokaler Strukturvariationen, der Dynamik atomarer Defekte und der Entwicklung der Kantenstruktur in den dünnsten Proben“, sagte Dr. Gareth Teton, der die Transmissionselektronenmikroskopie-Bildgebung und -Analyse für diese Arbeit leitete.

Bild von der University of Manchester

„Die Struktur zweidimensionaler Materialien steht in engem Zusammenhang mit ihren Eigenschaften. Daher wird erwartet, dass die Möglichkeit, die Strukturen verschiedener Kristalle (von Monoschichten bis zu massiven Dicken) und ihr Defektverhalten direkt zu beobachten, Informationen für die weitere Forschung an diesen Materialien liefern und so ihr Potenzial im technologischen Bereich erschließen wird.“

„Was mich am meisten begeistert, ist, dass diese Forschung bisher unzugängliche wissenschaftliche Bereiche erschließt. Wir wissen theoretisch, dass viele aktive zweidimensionale Materialien herausragende Leistungen in der Elektronik, Optoelektronik und Quantenanwendungen erbringen, aber wir konnten im Labor keine stabilen Proben erhalten, um diese Vorhersagen zu überprüfen“, kommentierte Professor Roman Gorbatschow vom National Graphene Institute, der die Forschung leitete.