Нове дослідження використовує протони, щоб пролити світло на структуру та недоліки цього двовимірного чудо-матеріалу.
Графен — це двовимірний чудо-матеріал, який було запропоновано для широкого спектра застосувань в енергетиці, технології, будівництві тощо після того, як його вперше виділили з графіту у 2004 році. Цей єдиний шар атомів вуглецю міцний, але гнучкий, легкий, але має високу стійкість, а графен, за підрахунками, у 200 разів стійкіший за сталь і в п’ять разів легший за алюміній.
Графен може здатися ідеальним, але насправді це не так. Окремі зразки цього двовимірного алотропу не ідеально плоскі, їхня поверхня рябі. Графен також може мати структурні дефекти, які в деяких випадках можуть бути шкідливими для його функціонування, а в інших випадках можуть бути істотними для обраного ним застосування. Це означає, що контрольована реалізація дефектів може дозволити тонку настройку бажаних властивостей двовимірних кристалів графену.
Розсіяння веселки на графені
У новій статті, опублікованій в The European Physical Journal D (EPJ D), Мілівойе Хаджійойич і Марко Чосич, обидва з Інституту ядерних наук Вінча, Університет Белграда, Сербія, досліджують райдужне розсіювання фотонів, що проходять через графен, і як це виявляє структура та недоліки цього чудо-матеріалу.
Хоча існують інші способи дослідження недоліків графену, вони мають недоліки. Наприклад, раманівська спектроскопія не може розрізнити деякі типи дефектів, тоді як трансмісійна електронна мікроскопія з високою роздільною здатністю може схарактеризувати дефекти кристалічної структури з видатною роздільною здатністю, але енергійні електрони, які вона використовує, можуть погіршити кристалічну решітку.
«Ефект веселки не така вже й рідкість у природі. Це також було виявлено в розсіюванні атомів і молекул. Це було виявлено в експериментах з розсіювання іонів на тонких кристалах. Ми теоретично вивчили розсіювання протонів низької енергії на графені та продемонстрували, що в цьому процесі також виникає ефект веселки», — каже Хаджійойч. «Крім того, ми показали, що структуру графену та теплові коливання можна вивчати за допомогою ефекту розсіювання протонної веселки».
Використовуючи процес, званий райдужним розсіюванням, дует спостерігав дифракцію, яку вони зробили, коли вона проходила крізь графен і створювала «райдужний» малюнок.
Схарактеризувавши дифракційну картину, дослідники виявили, що ідеальний графен дає райдужний малюнок, у якому середня частина була однією лінією, а внутрішня частина демонструвала візерунок з гексагональною симетрією, симетрією, яка була відсутня в недосконалому графені.
Вчені також дійшли висновку, що конкретні типи дефектів створюють свої власні чіткі райдужні візерунки, і це можна використовувати в майбутніх дослідженнях для ідентифікації та характеристики типів дефектів у зразку графену.
Хаджійойч підсумував: «Наш підхід є досить унікальним і потенційно може слугувати корисною додатковою технікою характеристики графену та подібних двовимірних матеріалів». Джерело