Những kết quả nghiên cứu mới về graphene

Vật liệu hai chiều hứa hẹn những tiến bộ mang tính cách mạng trong điện tử và quang tử, nhưng nhiều ứng cử viên hứa hẹn nhất sẽ bị phân hủy trong vài giây sau khi tiếp xúc với không khí, khiến chúng hầu như không phù hợp để nghiên cứu hoặc tích hợp vào các công nghệ thực tế. Dihalua kim loại chuyển tiếp là loại vật liệu rất hấp dẫn nhưng đầy thách thức; các đặc tính được dự đoán của chúng rất phù hợp cho các thiết bị thế hệ tiếp theo, nhưng khả năng phản ứng cực cao trong không khí của chúng thậm chí còn cản trở việc mô tả đặc tính cấu trúc cơ bản của chúng.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Graphene Quốc gia tại Đại học Manchester lần đầu tiên đã thu được hình ảnh có độ phân giải nguyên tử của các điôt kim loại chuyển tiếp đơn lớp bằng cách tạo ra các mẫu TEM được bọc bằng graphene để ngăn chặn các vật liệu có tính phản ứng cao này bị phân hủy khi tiếp xúc với không khí.

Nghiên cứu này, được công bố trên ACS Nano, chứng minh rằng các tinh thể được đóng gói hoàn toàn trong graphene duy trì các bề mặt sạch sẽ về mặt nguyên tử và kéo dài tuổi thọ của chúng từ vài giây đến vài tháng.

Khả năng này bắt nguồn từ sự cải tiến về phương pháp chuyển tem vô cơ đã được nhóm nghiên cứu phát triển và báo cáo trước đây trong *Nature Electronics*, phương pháp này đặt nền tảng cho việc sản xuất các mẫu kín, ổn định.

Tiến sĩ Wendong Wang, người tham gia phát triển công nghệ chuyển giao và chuẩn bị các mẫu liên quan, giải thích: “Ban đầu, việc xử lý những vật liệu này gần như không thể vì chúng sẽ bị phá hủy hoàn toàn trong vòng vài giây khi tiếp xúc với không khí, khiến các phương pháp chuẩn bị truyền thống trở nên không thể sử dụng được”. "Phương pháp của chúng tôi bảo vệ các mẫu mà không cần bất kỳ bước chuyển giao không cần thiết nào. Nó cho phép chuẩn bị các mẫu có thể được bảo quản không chỉ trong nhiều giờ mà còn trong nhiều tháng và có thể được chuyển giao quốc tế giữa các tổ chức khác nhau, giải quyết một nút thắt lớn trong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu hai chiều."

Tiến sĩ Gareth Teton, người đứng đầu việc chụp ảnh và phân tích kính hiển vi điện tử truyền qua cho công trình này cho biết: “Khi chúng tôi có thể chuẩn bị các mẫu ổn định, chúng tôi có thể thực hiện một số quan sát thú vị về các vật liệu này, bao gồm xác định các biến thể cấu trúc cục bộ rộng rãi, động lực học khuyết tật nguyên tử và sự tiến hóa cấu trúc cạnh trong các mẫu mỏng nhất”.

Ảnh của Đại học Manchester

"Cấu trúc của vật liệu hai chiều có liên quan chặt chẽ với tính chất của chúng. Do đó, việc có thể quan sát trực tiếp cấu trúc của các tinh thể khác nhau (từ lớp đơn đến độ dày lớn) và hành vi khuyết tật của chúng được kỳ vọng sẽ cung cấp thông tin cho nghiên cứu sâu hơn về các vật liệu này, từ đó mở khóa tiềm năng của chúng trong lĩnh vực công nghệ."

Giáo sư Roman Gorbachev của Viện Graphene Quốc gia, người đứng đầu nghiên cứu, nhận xét: "Điều khiến tôi phấn khích nhất là nghiên cứu này mở ra những lĩnh vực khoa học không thể tiếp cận trước đây. Về mặt lý thuyết, chúng tôi biết rằng nhiều vật liệu hai chiều hoạt động có hiệu suất vượt trội trong điện tử, quang điện tử và ứng dụng lượng tử, nhưng chúng tôi không thể thu được các mẫu ổn định trong phòng thí nghiệm để xác minh những dự đoán này".