Forskning från National Physical Laboratory (NPL), Royal Holloway, University of London, och Linköpings universitet, Sverige, har tagit ett viktigt steg mot att standardisera viktiga elektriska parametrar för grafen som ytpotential och arbetsfunktion. Den begynnande grafenindustrin kräver dessa standardiserade mätningar så att egenskaperna hos grafen förstås tillräckligt väl för att det ska kunna användas i stor utsträckning i kommersiella elektroniska enheter.

Ytpotential- och arbetsfunktionsmätningar kan användas för att definiera lokala (ned till nanoskala) elektriska egenskaper hos enskikts- och dubbelskiktsgrafen. Detta är viktigt eftersom medan nuvarande tillverkningstekniker kan producera ark med 95% enkellager grafen, även små mängder tvåskiktsgrafen i ett prov kan förändra de elektriska egenskaperna och påverka enheternas prestanda.

För närvarande, de numeriska värdena som erhålls med vanliga tekniker kan variera avsevärt och är inte tillräckligt tillförlitliga för att göra korrekta jämförelser. Även om substrat och miljöförhållanden kan påverka resultaten, Det finns också specifika instrumentella problem som orsakas av användningen av olika mätmetoder.

Denna nya forskning publicerad i Vetenskapliga rapporter , tidskriften med öppen tillgång från Nature Publishing Group, jämför noggrannheten och upplösningen hos tre vanliga mättekniker:frekvensmodulerad Kelvin-sondkraftmikroskopi (FM-KPFM); amplitudmodulerad Kelvin-sondkraftmikroskopi (AM-KPFM); och elektrostatisk kraftspektroskopi (EFS). Resultaten visar att frekvensmodulerade tekniker som FM-KPFM och EFS ger mer exakta resultat av ytpotentialen, såväl som högre rumslig upplösning, än vanligt amplitudmodulerat KPFM.

Olga Kazakova, som ledde arbetet på NPL, sa:

"Vi har visat att det finns betydande skillnader i noggrannheten och upplösningen av de mest använda teknikerna för att göra dessa mätningar. Det betyder att ett labb som använder en frekvensmodulerad teknik kommer att få andra värden än ett annat labb som använder en amplitudmodulerad teknik, men vi har visat att det finns betydande skillnader i noggrannheten och upplösningen av de mest använda teknikerna för att göra dessa mätningar. till exempel. Detta gör det svårt att ha förtroende för värdena och definiera grafenegenskaper."

Papperet presenterar sedan en väg till standardiseringen av grafenmätningar som görs i omgivande förhållanden, snarare än i vakuum, eftersom dessa förhållanden är mer representativa för de miljöer som finns i allmänna forskningslaboratorier och industri. Till exempel, för de studerade enheterna är de erhållna arbetsfunktionsvärdena 4,55±0,02 eV och 4,44±0,02 eV för enkelskikts- och dubbelskiktsgrafen, respektive. Det bör noteras att dessa värden inte är absoluta och skulle bero på ett antal inre och yttre parametrar. Dock, den föreslagna metoden möjliggör redovisning av varierande miljöförhållanden och dopningsvariationer och ger ett korrekt mått på grafenytpotentialen, arbetsfunktion och bärarkoncentration.

Resultaten kommer att förbättra vetenskapens och industrins förmåga att uttrycka grafens egenskaper kvantitativt och med ökat förtroende. Den föreslagna standardiserade tekniken kan också användas för många andra elektroniska material såsom halvledare och solceller, säkerställer en inverkan inte bara på grafenindustrin utan också i den vidare elektronikvärlden.

Uppsatsen har titeln "Standardisering av ytpotentialmätningar av grafendomäner."