KISS: طريقة جديدة لإنتاج مواد ثنائية الأبعاد كبيرة ونظيفة بسهولة
تصوير فني لتقشير KISS وتجربة الانبعاث الضوئي. يتم فصل المادة ثنائية الأبعاد عن البلورة الأصلية بسبب التفاعل الأقوى مع الركيزة. يستخدم ضوء الأشعة فوق البنفسجية لإصدار الإلكترونات ضوئيًا مما يسمح بدراسات البنية الإلكترونية عن طريق التصوير المباشر للنطاقات الإلكترونية، كما يظهر في الخلفية. كريديت: أنتونيا جروبيشيتش شابو ودينا مانيار ، جامعة جرونينجن
لقد مر ما يقرب من عقدين من الزمن منذ ظهور الجرافين، المتغير ثنائي الأبعاد للجرافيت، والذي زاد بشكل كبير الاهتمام بالمواد ثنائية الأبعاد نظرًا لخصائصها الفيزيائية الفريدة. اشتهر الإنتاج الأولي للجرافين باستخدام شريط لاصق لتقشير الطبقات من الجرافيت السائب – وعلى الرغم من أن هذه الطريقة فازت بجائزة نوبل، إلا أن لها عيوبًا.
الآن، طور اتحاد دولي من علماء السطح طريقة مباشرة لإنشاء عينات ثنائية الأبعاد كبيرة ونقية بشكل ملحوظ من مجموعة متنوعة من المواد، باستخدام ثلاث ركائز متميزة. تم تفصيل أسلوبهم ، المسمى Kinetic in Situ Single-layer Synthesis (KISS) ، في مجلة Advanced Science.
المواد ثنائية الأبعاد لها خصائص فيزيائية لا تتقاسمها المواد السائبة. إن حبس ناقلات الشحن هو أحد أسباب ذلك. هناك طريقتان لإنتاج هذه المواد ثنائية الأبعاد: تقشير بلورة أكبر أو تنمية طبقة ثنائية الأبعاد. يعني التقشير تقشير الطبقات من بلورة أكبر حتى تترك طبقة واحدة فقط. “هذه العملية تستغرق وقتًا طويلاً وتتطلب مهارات ومعدات محددة”، كما تقول أنتونيا جروبشيتش شابو، عالمة السطح في جامعة جرونينجن (هولندا) والمؤلفة الأولى لورقة العلوم المتقدمة. “علاوة على ذلك، غالبًا ما ينتج عنه رقائق صغيرة ججدًا،في حين أن الشريط اللاصق المستخدم يمكن أن يترك البوليمرات على أسطحها.”
تُظهر هذه الصورة الإعداد للتوليف الحركي في الموقع أحادي الطبقة (KISS). يتم وضع المادة السائبة على حامل عينة به زنبرك لتنظيم التأثير (السهم الأصفر). ثم يتم ضغطه على الكريستال الذهبي (الحلقة الأكثر إشراقًا أسفل السهم الأزرق). بعد التحرير، سيتم إرفاق طبقة ثنائية الأبعاد بالركيزة الذهبية. الائتمان: أنتونيا جروبيشيتش شابو، جامعة جرونينجن
ذهب
تعد زراعة الأفلام ثنائية الأبعاد طريقة أخرى. هذا يسمح بإنتاج عينات كبيرة تحت ظروف خاضعة للرقابة. ومع ذلك، غالبًا ما يستغرق الأمر وقتًا طويلاً لمعرفة كيفية زراعة مثل هذه المواد ثنائية الأبعاد. يقول Grubišić-Čabo: “ لا تؤدي العملية دائمًا إلى طبقة مثالية. وقد جمعت مع آخر مؤلفة لها ماسيج دندزيك “فريق الأحلام” من الزملاء، عمل العديد منهم معًا في وقت سابق في جامعة آرهوس (الدنمارك) للحصول على درجة الدكتوراه. الطلاب، لتطوير تقنية بسيطة لإنتاج مواد ثنائية الأبعاد.
“علمنا ببعض التجارب التي استخدمت فيها الأفلام الذهبية لتقشير المواد السائبة. ولكن تم إجراؤها بشكل أساسي في الهواء مما يعني أن هذه التقنية ليست مناسبة جدًا للمواد الحساسة للهواء أو لأبحاث علوم السطح “. أراد الفريق تقنية تسمح بإنتاج مواد ثنائية الأبعاد حساسة للهواء على مجموعة من الركائز. في محاولتهم الأولى، استخدموا بلورة ذهبية في غرفة مفرغة عالية. “لقد صدمنا الكريستال على مادة سائبة واكتشفنا أن طبقة ثنائية الأبعاد لطيفة ملتصقة بالذهب.” لم يتضح سبب حدوث ذلك بعد، لكن الفريق يشتبه في أن الرابطة مع الذهب أقوى من قوة Van der Waals التي تحافظ على الطبقات في كتلة الكريستال معًا.
هذا هو الدكتور أنتونيا غروبيشيتش شابو، عالم السطح في جامعة جرونينجن (هولندا) والمؤلف الأول لورقة العلوم المتقدمة. الائتمان: جامعة جرونينجن
الأجهزة
لقد بنوا على هذه التجربة الأولى، مضيفين زنبركًا إلى المسرح مع المادة السائبة التي تعمل كممتص للصدمات، وبالتالي تسمح بتحكم أفضل في تأثير الكريستال الذهبي. علاوة على ذلك، أظهر الفريق أنه يمكن استخدام كل من الفضة والجرمانيوم شبه الموصّل كركيزة لتقشير المواد ثنائية الأبعاد. تعتبر بلورات الذهب ميزة قياسية في مختبرات علوم السطح، حيث يتم استخدامها في معايرة الأدوات، على سبيل المثال. لا يحب العلماء إتلاف هذه البلورات، لكن هذا لم يحدث في هذه التجارب، “كما يقول جروبيشيتش شابو. ومنذ ذلك الحين، قمنا بتغيير البروتوكول لاستخدام أغشية رقيقة من الذهب البلوري الأحادي. هذا له ميزة إضافية تتمثل في القدرة على إذابة الذهب حتى نتمكن من عزل العينة ثنائية الأبعاد، طالما أنها مستقرة في الهواء أو السائل. “
يمكن استخدام هذه العينات المعزولة للمرحلة التالية: أجهزة بناء من المواد ثنائية الأبعاد التي سيتم إنتاجها باستخدام تقنية KISS. “هذا غير ممكن بعد، لكننا نعمل على ذلك”، كما تقول جروبيتش شابو. “لذا، ما لدينا هو تقنية لإنتاج عينات ثنائية الأبعاد نظيفة جدًا وكبيرة بطريقة بسيطة جدًا، مما يسمح لنا بإنشاء مواد ثنائية الأبعاد حساسة للهواء. علاوة على ذلك، تستخدم تقنيتنا معدات قياسية موجودة فعليًا في كل مختبر علوم سطحية “.
المصدر: scitechdaily
شاهد المزيد:
