KISS だけで、大きくてきれいな 2D マテリアルを簡単に作成できます

01年2023月XNUMX日（Nanowerkニュース) グラファイトの二次元形状 (と呼ばれる) が発見されて以来、 グラフェン）ほぼ20年前、 2Dマテリアル with their special physical properties has skyrocketed. Famously, graphene was produced by exfoliating bulk graphite using sticky tape. Although it was good enough for a Nobel Prize, this method has its drawbacks. An international team of surface scientists has now developed a simple method to produce large and very clean 2D samples from a range of materials using three different substrates.
Their method, kinetic in situ 単層合成 (KISS) が雑誌に掲載されました 先端科学 (“In situ exfoliation method of large-area 2D materials”). KISS の剥離と光電子放出実験の芸術的描写。 2D 材料は、基板との強い相互作用により、親結晶から分離されます。電子を光放出するために UV 光が使用され、背景に見られるように、電子バンドの直接イメージングによる電子構造の研究が可能になります。 (画像: フローニンゲン大学、アントニヤ・グルビシッチ・チャボ氏とディナ・マニアル氏)
2D マテリアルには、バルク マテリアルには共有されない物理的特性があります。電荷キャリアの閉じ込めがその理由の 2 つです。これらの 2D 材料を生成するには XNUMX つの方法があります。XNUMX つは大きな結晶を剥離するか、XNUMXD 層を成長させる方法です。剥離とは、XNUMX つの層だけが残るまで、大きな結晶から層を剥がすことを意味します。
「このプロセスには時間がかかり、特定のスキルと設備が必要です」と、フローニンゲン大学 (オランダ) の表面科学者であり、 先端科学 紙。 「さらに、使用される粘着テープの表面にポリマーが残る場合があり、非常に小さなフレークが発生することがよくあります。」
2D 映画の成長も別のアプローチです。これにより、制御された条件下で大量のサンプルを生成することができます。 「しかし、このような 2D マテリアルをどのように成長させるかを考えるには、多くの場合、多くの時間がかかります。そして、このプロセスでは常に完璧な層が得られるわけではありません」とグルビシッチチャボ氏は言います。彼女は、最後の著者である Maciej Dendzik とともに、同僚の「ドリーム チーム」を結成しました。その多くは、オーフス大学 (デンマーク) で博士課程の学生として一緒に働いていたことがあり、2D マテリアルを作成するための簡単な技術を開発しました。
「私たちは、バルク材料を剥離するために金フィルムが使用されたいくつかの実験を知っていました。しかし、これらは主に空気中で行われたため、この技術は空気に敏感な材料や表面科学の研究にはあまり適していません。」チームは、さまざまな基板上で空気に敏感な 2D マテリアルを作成できる技術を求めていました。最初の試みでは、高真空チャンバー内で金の結晶を使用しました。 「私たちは基本的に結晶をバルク材料に叩きつけ、きれいな 2D 層が金に貼り付いていることを発見しました。」なぜこれが起こるのかはまだ明らかではありませんが、研究チームは、金との結合が、バルク結晶内の層を結合させるファンデルワールス力よりも強いのではないかと考えています。 この画像は、動的 in situ 単層合成 (KISS) のセットアップを示しています。バルク材料は、衝撃を調整するためのバネを備えたサンプルホルダー上に配置されます (黄色の矢印)。次に、それを金のクリスタル (青い矢印の下のわずかに明るいリング) に押し付けます。リリース後、2D 層が金基板に取り付けられます。 (画像: アントニヤ・グルビシッチ・チャボ、フローニンゲン大学)
彼らはこの最初の実験を基にして、衝撃吸収材として機能するバルク材料を使用してステージにスプリングを追加し、金クリスタルの衝撃をより適切に制御できるようにしました。さらに、研究チームは、銀と半導体ゲルマニウムの両方を 2D 材料を剥離するための基板として使用できることを示しました。
「金の結晶は表面科学実験室の標準機能であり、たとえば機器の校正に使用されます。科学者はこれらの結晶に損傷を与えることを好みませんが、今回の実験ではそのようなことは起こりませんでした」とグルビシッチ＝チャボ氏は言う。そしてそれ以来、単結晶金薄膜を使用するようにプロトコルを変更しました。これには、金を溶解できるという追加の利点があり、空気中または液体中で安定している限り、2D サンプルを分離できます。」
これらの分離されたサンプルは、次の段階、つまり KISS 技術を使用して製造される 2D 材料からデバイスを構築するために使用できます。 「これはまだ可能ではありませんが、私たちはそれに取り組んでいます」とグルビシッチ・チャボ氏は言います。 「つまり、私たちが持っているのは、非常にきれいで大きな 2D サンプルを非常に簡単な方法で生成する技術であり、これによって空気に敏感な 2D マテリアルを作成できるようになります。さらに、私たちの技術は、事実上すべての表面科学研究室に存在する標準的な機器を使用します。」

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• 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63092.php