Grafen har skapat höga förväntningar, som en stark, ultratunna, tvådimensionellt material som också skulle kunna ligga till grund för nya komponenter inom informationsteknologin. Det finns därför ett stort behov av karakterisering av grafenenheter. Detta kan göras med hjälp av Raman -spektroskopi. Laserljus skickas till materialprovet, och spridda fotoner berättar om rotationerna och vibrationerna i molekylerna inuti, och därmed om kristallstrukturen. I genomsnitt, endast omkring 1 av 10 miljoner fotoner sprids på detta sätt. Detta gör det inte bara svårt att upptäcka rätt information, den är också väldigt långsam:det kan ta en halv sekund att avbilda en enda pixel. Frågan är om Raman fortfarande är det bästa alternativet, eller om det finns bättre alternativ. Forskarna Sachin Nair och Jun Gao håller Raman-spektroskopi som utgångspunkt, men lyckas förbättra hastigheten drastiskt:inte genom att ändra själva tekniken, men genom att lägga till en algoritm.

Brusreducering

Denna algoritm är inte okänd inom signalbehandlingsvärlden och den kallas Principal Component Analysis. Det används för att förbättra signal-brusförhållandet. PCA bestämmer egenskaperna för brus och egenskaperna hos den "riktiga" signalen. Ju större datamängden, ju mer tillförlitlig denna erkännande är, och ju tydligare den faktiska signalen kan urskiljas. Förutom det, moderna Raman-instrument har en detektor som kallas elektron-multiplying charge-coupled device (EMCCD) som förbättrar signal-brus-förhållandet. Resultatet av detta arbete är att bearbetningen av en pixel inte tar en halv sekund, men bara 10 millisekunder eller mindre. Att kartlägga ett enda prov tar inte timmar längre. En viktig egenskap för sårbara material som grafenoxid är att laserns intensitet kan sänkas med två eller tre storleksordningar. Detta är stora steg framåt för att snabbt få ett grepp om materialens egenskaper.

Multi-purpose

Förutom grafen, den förbättrade Raman-tekniken kan också användas för andra tvådimensionella material som germanen, silicen, molybdendisulfid, volframdisulfid och bornitrid. Användningen av algoritmen är inte begränsad till Raman -spektroskopi; tekniker som Atomic Force Microscopy och andra hyperspektrala tekniker kan också dra nytta av det.

Forskningen har gjorts i gruppen Physics of Complex Fluids av Prof Frieder Mugele, en del av UT:s MESA+ Institute. Forskarna samarbetade med gruppen Medical Cell BioPhysics och gruppen Physics of Interfaces and Nanomaterials, både vid universitetet i Twente också.