Ett lågtemperatur-atomkraftsmikroskop med en enda kolatom vid spetsen möjliggör kvantitativ mätning av krafter mellan prov och spets. Med tvådimensionell kisel (silicen), ytbuckling kan bestämmas kvantitativt. Kredit:University of Basel, Institutionen för fysik
Silicen består av ett enda lager av kiselatomer. I motsats till det ultraplatta materialet grafen, som är gjord av kol, silicen uppvisar ytojämnheter som påverkar dess elektroniska egenskaper. Nu, fysiker från universitetet i Basel har kunnat exakt bestämma denna korrugerade struktur. Som de rapporterar i journalen PNAS , deras metod är också lämplig för att analysera andra tvådimensionella material.
Sedan den experimentella produktionen av grafen, tvådimensionella material har varit kärnan i materialforskningen. I likhet med kol, ett enda lager av bikakeformade atomer kan tillverkas av kisel. Detta material, känd som silicen, har en atomär grovhet, i motsats till grafen, eftersom vissa atomer är på en högre nivå än andra.
Silicen inte helt platt
Nu, forskargruppen, ledd av professor Ernst Meyer vid institutionen för fysik och det schweiziska nanovetenskapsinstitutet vid universitetet i Basel, har lyckats kvantitativt representera dessa små höjdskillnader och detektera olika arrangemang av atomer som rör sig inom ett område på mindre än en ångström – det vill säga, mindre än en 10-miljondels millimeter.
"Vi använder lågtemperatur atomkraftsmikroskopi med en kolmonoxidspets, " förklarar Dr. Rémy Pawlak, som spelade en ledande roll i experimenten. Kraftspektroskopi möjliggör kvantitativ bestämning av krafter mellan provet och spetsen. Således, höjden i förhållande till ytan kan detekteras och enskilda atomer kan identifieras kemiskt. Mätningarna visar utmärkt överensstämmelse med simuleringar utförda av partners vid Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM).
Olika elektroniska egenskaper
Denna ojämnhet, känd som buckling, påverkar materialets elektroniska egenskaper. Till skillnad från grafen, som är känd för att vara en utmärkt dirigent, på en silveryta beter sig silicen mer som en halvledare. "I silicen, den perfekta bikakestrukturen är störd. Detta är inte nödvändigtvis en nackdel, eftersom det kan leda till uppkomsten av intressanta kvantfenomen, som quantum spin hall-effekten, säger Meyer.
Metoden som utvecklats av forskarna i Basel ger nya insikter i världen av tvådimensionella material och förhållandet mellan struktur och elektroniska egenskaper.
