En "mesa" av dysprosium, draperad med ett enda lager grafen. Forskning från Ames Laboratory tyder på att denna metod kommer att fungera med en mängd olika kombinationer av metall och grafit, öppnar upp möjligheten för olika applikationer, inklusive kvantberäkning, solceller, katalys, och avkänning. Kredit:Ames Laboratory
Forskare vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory har upptäckt en ny process för att omsluta metall under ett enda lager grafit, vilket kan leda till nya och bättre kontrollerade egenskaper för dessa typer av material.
Grafen-tvådimensionell grafit-producerades första gången 2004, och eftersom elektroner rör sig snabbt längs dess yta, lovar mycket som ett användbart material i så olika tillämpningar som kvantdatorer, solceller, katalys, och avkänning. För att grafen ska leva upp till den potentialen, grundläggande upptäcktsvetenskap vid Ames Laboratory arbetar med att behärska sin montering i kombination med andra material - en knepig, känslig process som utförs i ultrahöga vakuumlaboratorier i atomskala.
Forskarna kapslade in dysprosium, en magnetisk sällsynt jordartsmetall, genom att bombardera det översta lagret av bulkgrafit med joner för att skapa defekter på dess yta, följt av högtemperaturavsättning av metallen. Det resulterade i "mesas" eller öar av dysprosium under ett enda lager av grafen. Formationerna är väsentligt annorlunda än något som laboratoriets tvådimensionella materialexperter någonsin har sett.
"Det är välkänt att vissa metaller kan bäddas in mellan bulkgrafitlager, "sa forskningsassistenten Ann Lii-Rosales." Men dessa mesor bildas endast på den övre grafitytan, och de är ren metall som består av flera lager, vilket är en första. De kombinerade egenskaperna hos metall plus grafen kan vara mycket annorlunda än andra, tidigare producerade material. Det är något vi undersöker nu."
Forskarna kunde också uppnå samma mesaliknande formationer med två övergångsmetaller, rutenium och koppar.
"Det tyder på att vi har ett mycket anpassningsbart recept för att producera den här typen av ytmaterial, vilket gör upptäckten mycket spännande när det gäller potentiella tillämpningar, sa Pat Thiel, en Ames Laboratory forskare och framstående professor i kemi och materialvetenskap och teknik vid Iowa State University. "Om vi kan styra processen så att vi medvetet kan mönstra bildandet av dessa små metallplattor, kanske kan vi utnyttja och kontrollera deras magnetiska och elektroniska egenskaper."
Forskningen diskuteras vidare i artikeln "Defektförmedlad, termiskt aktiverad inkapsling av metaller vid ytan av grafit, "publicerad i tidningen Kol .
