نتائج بحث جديدة حول الجرافين

تعد المواد ثنائية الأبعاد بإحداث تقدم ثوري في مجال الإلكترونيات والضوئيات، لكن العديد من المواد المرشحة الواعدة تتحلل في غضون ثوانٍ من تعرضها للهواء، مما يجعلها غير مناسبة عمليًا للبحث أو التكامل في التقنيات العملية. تعتبر ثنائيات الهاليدات المعدنية الانتقالية فئة من المواد جذابة للغاية ولكنها صعبة؛ إن خصائصها المتوقعة مناسبة تمامًا لأجهزة الجيل التالي، لكن تفاعلها العالي للغاية في الهواء يعيق حتى توصيف بنيتها الأساسية.

حقق الباحثون في معهد الجرافين الوطني بجامعة مانشستر، ولأول مرة، تصويرًا ذريًا للثنائيات المعدنية الانتقالية أحادية الطبقة عن طريق إنشاء عينات TEM مختومة بالجرافين تمنع هذه المواد شديدة التفاعل من التحلل عند ملامستها للهواء.

يوضح هذا البحث، المنشور في ACS Nano، أن البلورات المغلفة بالكامل داخل الجرافين تحافظ على واجهات نظيفة ذريًا وتطيل عمرها من ثوانٍ إلى أشهر.

تنبع هذه الإمكانية من التحسين الذي تم إجراؤه على طريقة نقل الطوابع غير العضوية التي تم تطويرها مسبقًا والإبلاغ عنها بواسطة فريق *Nature Electronics*، والتي تضع الأساس لإنتاج عينات مستقرة ومختومة.

وأوضح الدكتور ويندونغ وانغ، الذي شارك في تطوير تكنولوجيا النقل وإعداد العينات ذات الصلة، قائلاً: "في البداية، كان التعامل مع هذه المواد شبه مستحيل لأنه سيتم تدميرها بالكامل في غضون ثوانٍ من تعرضها للهواء، مما يجعل طرق التحضير التقليدية غير قابلة للاستخدام ببساطة". "إن طريقتنا تحمي العينات دون أي خطوات نقل غير ضرورية. فهي تمكن من إعداد العينات التي يمكن حفظها ليس فقط لساعات ولكن أيضًا لأشهر، ويمكن نقلها دوليًا بين المؤسسات المختلفة، مما يحل عنق الزجاجة الرئيسي في مجال أبحاث المواد ثنائية الأبعاد."

قال الدكتور غاريث تيتون، الذي قاد التصوير والتحليل بالمجهر الإلكتروني النافذ لهذا العمل: "بمجرد أن تمكنا من إعداد عينات مستقرة، تمكنا من تقديم بعض الملاحظات المثيرة للاهتمام حول هذه المواد، بما في ذلك تحديد الاختلافات الهيكلية المحلية واسعة النطاق، وديناميكيات العيوب الذرية، وتطور بنية الحافة في العينات الرقيقة".

الصورة من جامعة مانشستر

"يرتبط هيكل المواد ثنائية الأبعاد ارتباطًا وثيقًا بخصائصها. لذلك، من المتوقع أن توفر القدرة على المراقبة المباشرة لهياكل البلورات المختلفة (من الطبقات الأحادية إلى السماكة الكبيرة) وسلوك العيوب فيها، معلومات لإجراء مزيد من البحث حول هذه المواد، وبالتالي إطلاق العنان لإمكاناتها في المجال التكنولوجي. "

وعلق البروفيسور رومان جورباتشوف من معهد الجرافين الوطني، الذي قاد البحث، قائلاً: "أكثر ما يثيرني هو أن هذا البحث يفتح مجالات علمية لم يكن من الممكن الوصول إليها سابقًا. نحن نعلم نظريًا أن العديد من المواد النشطة ثنائية الأبعاد تتمتع بأداء متميز في الإلكترونيات والإلكترونيات الضوئية والتطبيقات الكمومية، لكننا لم نتمكن من الحصول على عينات مستقرة في المختبر للتحقق من هذه التنبؤات".