Ett team av forskare vid Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har utvecklat en ny mekanisk rengöringsmetod för ytor på nanoskala. Tekniken tar framgångsrikt bort även de minsta föroreningar ner till atomär skala, uppnå en oöverträffad renhetsnivå. Resultaten av denna studie ledd av prof. Dr. Erdmann Spiecker från institutionen för materialvetenskap vid FAU har nu publicerats i den prestigefyllda tidskriften Naturkommunikation .

Världens minsta kvast

Inspiration till tekniken hämtades från vardagen då rengöring med kvast fungerar på liknande sätt. Självklart, på nanoskala istället för att använda en hel kvast, endast ett enda borst i form av en mycket liten metallspets används. Denna "borst" pressas på en yta och förs fram och tillbaka i en svepande rörelse. "Den är verkligen förvånansvärt lik en vanlig kvast, säger Prof. Spiecker, Ordförande för mikro- och nanostrukturforskning. "En kvast tar bort lösa partiklar som damm eller ströbröd, och det är inte annorlunda på nanoskala.' Dock, i liten skala, kvasten styrs inte för hand, utan istället med joystick som styr en liten piezomotor. Dessutom, kraftfulla elektronmikroskop används för att övervaka och kontrollera rengöringsprocessen i realtid.

Rengör världens tunnaste fönster

Genom att rengöra grafen, teamet lyckades tillämpa sin teknik på det tunnaste materialet som fanns, som grafen är gjord av ett enda atomlager av kol. "En stor utmaning var att rengöra grafenet från båda sidor, liknar att rengöra en fönsterruta, säger Peter Schweizer, en forskarassistent vid ordföranden för mikro- och nanostrukturforskning, som utförde de känsliga experimenten med sin kollega Christian Dolle. "Med våra elektronmikroskop, vi måste alltid titta igenom materialet. Annat, det är omöjligt att avslöja atomstrukturen.' Grafen är känt för sin mekaniska styrka. Ändå, det är mycket förvånande att ett monoatomiskt skikt kan överleva de höga mekaniska krafterna från en rengöringsprocedur utan att skadas. "När vi först berättade det för våra kollegor, de trodde oss inte, tillägger Prof. Spiecker.

Nano-damm:Ingenting förblir rent för alltid

Att ha atomärt rena ytor gjorde det möjligt för författarna till denna studie att också utforska ursprunget och mekanismerna för återkontaminering på nanoskala. Att lämna ett rengjort prov ute i luften leder till en snabb ansamling av damm på dess yta. "Detta är verkligen inte förvånande eftersom vi är alltför bekanta med damm som lägger sig i våra hem. Det finns ingen anledning till varför detta skulle vara annorlunda på nanoskala, säger Prof. Spiecker. Förutom luftburen förorening, teamet fann också en förekomst av ytdiffusion när ett rengjort prov placeras i en vakuummiljö, ett fenomen som man ofta stöter på i vetenskapliga experiment.

Molekylär sammansättning

Till sist, forskargruppen använde de atomiskt rena ytorna som grund för den målinriktade sammansättningen av ett atomärt tunt lager från molekylära byggstenar. Porfyrinmolekyler syntetiserade vid Institutionen för kemi applicerades på de rengjorda ytorna och svetsades på plats med en kraftfull elektronstråle. Resultatet blev ett grafenliknande monolager med nanokristallin struktur.