Grafén/arany hibrid nanoszerkezetek vizsgálata pásztázó alagútmikroszkópiával
A grafén már tíz éve a nanotechnológiai kutatások középpontjában álló kétdimenziós kristály. Nem szűnő érdeklődés övezi mind az alapkutatásban résztvevő tudósok, mind az iparban dolgozó mérnökök, mind a laikusok között. Sokat ígérő fizikai tulajdonságainak kihasználásához azonban elengedhetetlen a környezettel, a hordozó felülettel való kölcsönhatásának részletes vizsgálata. Így például a grafén és különböző fém nanorészecskékből kialakított hibrid szerkezetek kiegészítő új tulajdonságokkal rendelkezhetnek a grafén és a nanorészecskék közti kölcsönhatás miatt. Az ilyen hibrid szerkezetek számos területen, mint például a nanokompozitok, katalízis, kémiai- és bioszenzorok, vagy napelemek területén nyerhetnek alkalmazást [1].
Jelen munkámban grafit hordozón kialakított grafén/arany hibrid nanoszerkezeteket vizsgáltam pásztázó alagútmikroszkóppal (STM) és alagútspektroszkópiával (STS). A kutatás fő célja az volt, hogy feltárjuk a grafén állapotsűrűségében az arany nanorészecskékkel való kölcsönhatás következtében bekövetkező változásokat. Állandó áramú STM méréssel vizsgáltam az arany nanorészecskékre helyezett grafén topográfiáját, illetve STS üzemmódban a töltéshordozók állapotsűrűségét. Megállapítottam, hogy az arany hordozó jelentősen befolyásolja a grafén lokális állapotsűrűségét, amely jelenségnél mind az arany és grafén közötti csatolás, mind az arany kristályszerkezete, mind a két kristályszerkezet közötti elforgatás szerepet játszik.
STM-mel megfigyeltem a grafén és az arany felület kristályszerkezetének egymáshoz viszonyított elforgatásából adódó, néhány nanométer periódusú ún. Moiré mintázatokat. Megállapítottam, hogy a Moiré mintázat periódusa is modulálja a grafén lokális állapotsűrűségét. Ezzel ellentétben, azokon a részeken ahol nem figyeltem meg Moiré mintázatot, a grafén állapotsűrűség görbéje nem mutatott grafénos (lineárisan növekvő) jelleget, feltehetően az aranyhoz való erős csatolás miatt. Ezeken a részeken inkább fémes karakterisztikákat mértem, amelyekkel kimutattam a grafén alatt levő kristályos arany Shockley-féle felületi állapotát is.
A mintákat különböző hőmérsékletű hőkezeléseknek vetettem alá, és vizsgáltam a hőkezelésnek az arany nanorészecskék felületi kristályosodására gyakorolt hatását. Megállapítottam, hogy hőkezelés hatására az arany nanorészecskék felülete kizárólag azokon a területeken kristályosodik, amelyek grafénnal fedettek. Az alacsonyabb, 350 oC-on végzett hőkezelés esetén a felületi kristályosodás részleges, míg a magasabb, 650 oC-os hőkezelés esetén minden grafénnal fedett arany nanorészecske felülete kristályos lesz.
A dolgozatomban bemutatott eredmények a grafénnal bevont fémes felületek lokális elektronszerkezetének tervezett kialakításához járulhatnak hozzá.
Irodalom:
1. C. Tan, X. Huang, and H. Zhang, „Synthesis and applications of graphene-based noble metal nanostructures”, Materials Today Vol. 16, No. 1/2, 29-36 (2013).
szerző
-
Pálinkás András
fizikus
nappali
konzulensek
-
Dr. Osváth Zoltán
tudományos munkatárs, MTA TTK MFA (külső) -
