En tråd av forskning som bedrivs i ett paneuropeiskt samarbete som leds av forskare vid Aalto University Department of Applied Physics har gett framträdande resultat för elektronmikroskopi av kväve-dopad grafen och kolnanorör.
Ett papper publicerat i september i tidningen ACS Nano ger en detaljerad atomistisk beskrivning av elektronstrålinducerad skada i dessa viktiga strukturer genom att kombinera avancerade beräkningsmetoder med toppmodern elektronmikroskopi.
Toma Susi, postdoktor vid Aalto University Institutionen för tillämpad fysik, började studera systemet 2010 tillsammans med den nuvarande forskaren Jani Kotakoski i Wien.
"Vårt arbete började som ett slumpmässigt möte under en workshopaffisch. Jag hade frågor som Jani kunde svara på genom beräkningsmodellering. Samarbetet växte så småningom till att omfatta 11 författare från fem europeiska länder, "berättar Toma Susi.
Susi och hans kollegor undersökte hur de energiska elektronstrålarna som används i transmissionselektronmikroskop påverkar kolbaserade nanomaterial dopade med kväveatomer.
"Mikroskopen fungerar i princip enligt samma princip som optiska mikroskop, men de använder elektronvågor istället för ljus för avbildningen. Materialen är intressanta eftersom de har spännande utsikter för nanoelektronik, metallfri elektrokatalys och gasavkänning. "
Den exakta atombindningen av dopämnena påverkar i hög grad den resulterande modifieringen av värdegenskaper. Den senaste banbrytande utvecklingen inom instrumentering har möjliggjort atom-för-atom-analys och till och med direkt avbildning av kväveställen i grafen. Dock, eftersom elektroner bär fart, oelastiska kollisioner kan leda till utstötning av atomer från målmaterialet, vilket kan leda till felidentifiering av de omodifierade dopningsstrukturerna.
"Mest spännande, vi kunde direkt bilda utsläpp av kolatomer bredvid dopningsmedlen och aldrig dopningsmedlen själva - precis som simuleringarna förutsade, förklarar Susi. "
Förutom att ge en förbättrad förståelse för bestrålningsstabiliteten hos dessa strukturer, resultaten visar att strukturella förändringar inte kan försummas i karakterisering med hjälp av elektroner med hög energi. Denna uppfattning kommer att öka i vikt när enheterna blir mer kraftfulla.
"Trots de betydande vetenskapliga resultaten, berättelsen i vår artikel illustrerar väl hur vetenskapligt samarbete fungerar. Jag höll ett föredrag vid det femte ScienceSLAM-evenemanget i Helsingfors om artikelns historia och följde upp med ett blogginlägg med en analys av de 720 mejl som utbyts mellan medförfattarna. Eftersom forskningen inte var direkt relaterad till något särskilt projektarbete, det visar också vad lite akademisk frihet och ganska blygsamma resurser i bästa fall kan leda till. Jag är tacksam mot vår gruppledare professor Esko Kauppinen för att han stöttade vårt arbete. "
